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Metabolomic analysis of low- and partial-resistant cultivars of Pisum sativum to Didymella pinodes

Tamara Epple

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Ecology and Ecosystems

Betreuer*in

Stefanie Wienkoop

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DOI

10.25365/thesis.39468

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29893.47183.865562-3

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Felderbse (Pisum sativum) ist die am häufigsten angebaute Hülsenfurcht in Europa und die am zweithäufigsten angebaute weltweit. Die Ernteerträge werden jedoch jedes Jahr in allen Anbaugebieten von einer ernsthaften Krankheit gemindert. Diese Krankheit, die in erster Linie durch den Pilz Didymella pinodes verursacht wird, wird Brennfleckenkrankheit genannt. Viele Managementoptionen, wie zum Beispiel Fruchtwechsel, Vergraben von befallenen Restbeständen und der Einsatz von Fungiziden, ergaben in der Vergangenheit weder die gewünschten dauerhaften Ergebnisse noch waren sie ökonomisch rentabel. Deshalb wäre es am effizientesten Pisum sativum durch gezielte Züchtung eine Resistenz gegen die Krankheit zu erlangen. In dieser Studie wurden zwei Experimente durchgeführt, um die metabolische Antwort von symbiontisch- und nicht-symbiontisch-wachsenden Felderbsen auf die Infektion von Didymella pinodes zu untersuchen. Bei den Erbsen handelte es sich um die Kultivare Protecta und Messire. Im ersten Experiment wurden die Kultivare unter vier verschiedenen Bedingungen angezogen und mit Didymella pinodes infiziert. Nach der Ernte von gesunden und befallenen Blättern wurden diese auf Metabolit-Ebene analysiert. Im zweiten Experiment wurden die Knöllchen von gesunden und infizierten Pisum sativum zu drei verschiedenen Zeitpunkten geerntet und ebenfalls auf Metabolit-Ebene untersucht. Die Studie zeigt, dass Didymella pinodes einen großen Einfluss auf den Primärmetabolismus von Protecta und Messire und deren Wurzelknöllchen ausübt. Die Studie deutet darauf hin, dass die Infektion die Verbindung zwischen Pflanze und Symbiont unterbricht, was in weiterer Folge dazu führt, dass Metabolite in Knöllchen sowie in Blättern beider Kultivare akkumulieren. Die Ergebnisse des Knöllchengewichts lassen jedoch vermuten, dass cv. Protecta in der Lage sein könnte, die symbiontische Interaktion wiederherzustellen, indem es den ursprünglich negativen pathogenen Effekt hemmt. In weiterer Folge kommt es zur Annahme, dass sich die Infektion durch Didymella pinodes über eine Zeitspanne von zwei Wochen intensiviert, was den Einfluss auf Pisum sativum und Symbionten auf Metabolitlevel verstärkt. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Auswirkungen von Didymella pinodes auf den Metabolismus von Blättern und Wurzelknöllchen, sowie der Einfluss der Treatments auf den Metabolismus der Blätter zumeist Kultivar-spezifisch sind. Die Studie gibt erste Hinweise darauf, dass cv. Protecta in Bezug auf Didymella pinodes widerstandfähiger ist als cv. Messire.

Abstract

(Englisch)

Pea (Pisum sativum) is the most grown legume in Europe and the second-most in the world. However, a large part of the crop is lost throughout all cultivation areas due to ascochyta blight, one of the worst pea diseases worldwide. Ascochyta blight invades the plant mainly via the fungus Didymella pinodes. Many management options, like crop rotation, burying of infested residues and the use of fungicides, have failed in successfully and economically defeating the disease in the past. This is why breeding for pathogen resistance would be the most efficient and environmentally friendly method to control ascochyta blight. In this study two different experiments have been carried out to determine metabolic responses of two cultivars (cv. Messire and cv. Protecta) of Pisum sativum grown symbiotic or non-symbiotic when infected by Didymella pinodes. In the first experiment metabolites of healthy and infected pea growing under four different treatments were analyzed, whereas in the second experiment the metabolites of nodules of healthy and infected pea inoculated with rhizobia were analyzed after they were harvested at three different time points. This study showed that Didymella pinodes infection has a strong impact on primary metabolism of Pisum sativum leaves and root nodules. In general, the infection seems to impair the interaction between plant and symbionts, which results in metabolite accumulation in nodules as well as in leaves of both cultivars. However, the results of the nodule weight indicate that cv. Protecta might be able to re-establish the symbiotic interaction by inhibition of the initial negative systemic pathogen effect. It also has been shown that the infection of Didymella pinodes seems to reinforce over a time period of two weeks which increases the impact on Pisum sativum and symbionts on metabolite level. Importantly, the study indicates that the effects of Didymella pinodes on leaf and nodule metabolism as well as the impact of the treatments on leaf metabolism are mostly cultivar-specific. This finding may give first indications to explain higher tolerance for cv. Protecta to the pathogen compared to cv. Messire.

Autor*innen

Tamara Epple

Haupttitel (Englisch)

Metabolomic analysis of low- and partial-resistant cultivars of Pisum sativum to Didymella pinodes

Paralleltitel (Deutsch)

Metabolische Analyse von niedrig- und teil-resistenten Kultivaren von Pisum sativum in Bezug auf Didymella pinodes

Publikationsjahr

2015

Umfangsangabe

71 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Stefanie Wienkoop

Klassifikation

42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie

AC Nummer

AC12735159

Utheses ID

34959

Studienkennzahl

UA | 066 | 833 | |

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