Due to adventive grapevine pathogens like Plasmopara viticola, variable problems in European viticulture such as yield loss and the high usage of plant protection still occur. For that reason many breeders invest hope in cultivating fungi-resistant varieties using American and Asian wild species as resistance donor in new crosses. Several resistance loci against P. viticola were identified from different working groups so far. By facing the possibility of P. viticola strains to overcome resistances, quantitative trait loci (QTL) analysis was used in this work to screen for new resistance loci in two cross populations. Hereby a major QTL (Rpv10.2) as well as several minor QTLs were detected. The calculation of the QTLs was based on phenotypic data obtained from infections tests and the creation of linkage maps of the cross populations ‘Tigvoasa’ x We 90-06-12 (TVxWe90) und ‘Cabernet Franc’ x ‘Triomphe d‘Alsace’ (CFxTA). Simple sequence repeat (SSR) and RNase H2-dependent amplicon sequencing (rhAmpSeq) markers were used to create the linkage maps. Rpv10.2 was identified as resistance locus by a major QTL on linkage group 09 in the genome of We90. The locus was introgressed by the resistant cultivar We 90-06-12, which derives from the Asian wild grape Vitis amurensis. The area of Rpv10.2 was restricted by the SSR-markers GF09-65 and GF09-47 to approximately 80 kb on the V. vinifera reference genome. This area matches the already identified Rpv10 locus from ‘Solaris’, which also derived from V. amurensis (Schwander et al. 2012). Based on microscopic observation of infected leaf samples, We 90-06-12 and ‘Solaris’ showed similar reaction of resistance to inhibit the growth of P. viticola hyphae. The putative candidate gene RPS5-like is suspected to stay in connections with the Rpv10-mediated resistance ‘Solaris’ (Zyprian et al., in preparation). Due to sequence analysis, the corresponding gene could be verified in We 90-06-12 without any differences. In comparison, a further candidate gene AP2-ERF-like showed a variation in the coding sequence. The variation was observed outside the functional area of the AP2 protein domain. In addition marker analysis repeatedly showed deviating data for We 90-06-12 regarding GF09-46 and GF09-48, which are markers used in breeding since many years to identify new cultivars carrying the Rpv10 locus. The results of this work give evidence for an Rpv10 haplotype defined as Rpv10.2, which can be used for breeding. Rpv10.2 can be distinguished from the Rpv10 locus by the markers GF09-68, GF09-46 and GF09-48. The findings of this work can be used for further characterization of the Rpv10.2 locus in the future. In case of population CFxTA multiple weak QTLs were detected. Those QTLs could only be reproduced for linkage group 12 and 17. The areas of the QTLs on those groups cover long distances on the V. vinifera reference genome. It is necessary to obtain additional marker data to point out if these QTLs are suitable for breeding. It should be mentioned that until now no resistance loci were detected on linkage group 17. In comparison, Rpv6 was detected on linkage group 12 (Marguerit et al. 2009). ‘Riparia Gloire de Montpellier’, a selection of the American wild grape Vitis riparia, was recognized as the origin of this locus. The variety ‘Triomphe d’Alsace’, which represents the resistance donor in case of the cross CFxTA, originates from ‘Riparia Gloire de Montpellier’. If the detected QTL on linkage group 12 is identical to the Rpv6 locus should be verified by further investigations. This work indicates that the resistance level decreases from ‘Riparia Gloire de Montpellier’ to ‘Triomphe d’Alsace’. The hypersensitive response (HR) shown by the cultivar ‘Triomphe d’Alsace’ is weaker compared to ‘Riparia Gloire de Montpellier’ and matches with the identification of multiple weak QTLs in the population CFxTA.
Aktualisiert: 2022-01-27
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Plasmopara viticola, das Phytopathogen welches den Falschen Mehltau der Rebe verursacht, kann zu erheblichen Ernteverlusten im Weinbau führen, weshalb zur Vorbeugung eines Befalls große Mengen von Spritzmitteln ausgebracht werden müssen. Um diese Umwelt- und Finanzbelastung zu reduzieren, ist die Identifikation von Resistenz-vermittelnden genomischen Sequenzen essenziell, um die gezielte Züchtung widerstandsfähiger Rebsorten zu verbessern. Bis heute konnten über zwanzig solcher Resistenzloci allein für P. viticola identifiziert werden, ihre detaillierte Funktion und das assoziierte Resistenz-vermittelnde Gen wurden bis heute aber nur selten aufgeklärt. Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten konnte die mikroskopische Darstellung der Infektion von P. viticola in Rpv12-tragenden Genotypen detailliert dokumentiert werden. Hierfür wurden die Genotypen `Afus Ali´ und `Italia´ als anfällige Referenzsorten verwendet, `Kunbarat´ (Rpv12, Rcg1) und `Kunleany´ (Rpv12) als ursprüngliche Rückkreuzungen der Rpv12-tragenden Vitis amurensis, wurden im Vergleich zu Genotypen die im Rpv12-Locus homozygot sind, analysiert. Ergänzend wurden die Genotypen 65-153-18 (Rpv12, Rcg1), 2004-043-0021 (Rpv1/Run1, Rpv3.1, Ren3, Ren9) und 2014-099-0003 (Rpv12, Rcg1, Ren3, Ren9) mitgeführt. Die Verwandtschaft der Genotypen wurde mittels SSR-Marker-Analyse überprüft. Dabei zeigte sich, dass `Kunbarat´, der bisher als Kreuzungsprodukt aus `Italia´ und 28/19 geführt wurde, eigentlich ein Kreuzungsprodukt aus `Afus Ali´ und 28/19 ist und somit Vollgeschwister mit `Kunleany´ ist. Auch konnte eine Fehlannahme in der Nachkommenschaft von `Kunbarat´ geklärt werden. `Petra´ ist Nachkomme von `Savagnin blanc´ und nicht `Pinot Noir´. Mittels unterschiedlicher Färbemethoden für die Mikroskopie konnte nachgewiesen werden, dass es sich bei der Rpv12-vermittelnden Resistenz um eine Post-Penetrations-Resistenz handelt. Diese basiert vor allem auf einer schnellen hypersensitiven Reaktion unter Freisetzung von H2O2. Dies zeigt sich durch eine übermäßige Ausprägung von Haustorien von P. viticola in resistenten Genotypen aber auch durch eine nahezu vollständige Inhibierung des Myzelwachstums bei Genotypen, die im Rpv12-Locus homozygot sind. Eine Kallose- oder anderweitige Zellwandverstärkung auf mikroskopischer Ebene konnte nicht dokumentiert werden. Es konnte jedoch eine Verstärkung der Resistenz durch Homozygotie im Rpv12-Locus beobachtet werden. Auch ließ sich ein additiver Effekt bei den homozygoten Genotypen Hozy01 (Rpv12 homozygot), Hozy10 (Rpv3.1 und Rpv12 homozygot) nachweisen. Durch eine Kooperation mit dem Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation konnten verschiedene CAPS-Marker auf über zweihundert Rpv12-tragenden Genotypen getestet werden, wovon einer als potenziell Resistenz-assoziiert bewertet werden kann.
Im Rahmen einer weiteren Kooperation mit dem Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld und dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Genomzentrum Köln der Max-Planck-Gesellschaft, wurde unter Nutzung von Trio Binning ein nach Haplotypen differenziertes de novo-Assembly des Genotyps 2014-099-0003 (Rpv12, Rcg1, Ren3, Ren9) durchgeführt. Dadurch konnte der Rpv12-Locus, der durch Venuti et al. (2013) identifiziert wurde, zwischen den SSR-Markern UDV-350 und UDV-370 um etwa 366 kb reduziert werden. Die Anzahl potenzieller Resistenzgene auf Basis von NLR-Motiven wurde dadurch von zwölf (PN40024) auf vier reduziert. Durch RNA-Seq eines nicht-inokulierten Blattes gelang es auf zwei der vier Kandidatengene je zwei Transkripte mit getrennter Teilfunktion der NLRs zu identifizieren, was zur Hypothese des differenziellen Splicings führte.
Auf Grundlage der nun zur Verfügung stehenden Sequenzen wurden neue SSR-Marker zur Identifikation des Rpv12-Locus entwickelt. Einen zusätzlichen Aspekt dieser Arbeit stellte die Entdeckung eines neuen möglichen Resistenzlocus-Trägers dar. Eine Kreuzung aus V. riparia und V. rupestris zeigte sich äußerst widerstandsfähig gegenüber P. viticola. Erste mikroskopische und molekularbiologische Studien zum Ausschluss möglicher bekannter Resistenzloci wurden durchgeführt und im Abgleich mit den entsprechenden Locus-assoziierten Referenzsorten keine Übereinstimmungen gefunden.
Aktualisiert: 2022-01-27
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Durch vorangegangen Studien entstanden weiterführende Fragestellungen an dem ursprünglich
die aus der asiatischen Wildspezies Vitis amurensis stammenden Resistenzlokus (Rpv10-Lokus) bearbeitet wurden. Die Sequenzierung der beiden Haplotypen des Rpv10-Lokus der Sorte ’Solaris’ ergab eine Auswahl von Kandidatengenen. Diese wurden zunächst bioinformatisch charakterisiert, im Anschluss durch spezifische Primer erfolgreich amplifiziert und in anfällige Reben in vitro transformiert.
Durch mikroskopische Studien an Rpv10-Trägern und verschiedenen Vergleichssorten (ein anfälliger Genotyp, ein Rpv3.3-Träger und Genotypen mit Rpv10/Rpv3.3) wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach experimenteller Inokulation wichtige Informationen zum Resistenzmechanismus erarbeitet. Hier zeigen sich nach sieben Tag post Inokulation deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Genotypen. Diese sind zu diesem Zeitpunkt bereits makroskopisch zu erkennen. Mikroskopische Unterschiede zeigen sich bereits nach vier Tagen am Wachstum des Mycels innerhalb des Mesophylls. Für die objektive Bewertung der mikroskopischen Aufnahmen nach sieben Tagen wurde die Software WinRhizo genutzt, um die Fläche des Myzels im Mesophyll zu berechnen.
Durch RNA-Seq-Studien an einem homozygoten (Rpv10/Rpv10), einem heterozygoten (Rpv10/Rpv3.3) und anfälligen Referenzgenotypen konnten neue Erkenntnisse gewonnen werden. Hier wurde die Anzahl der induzierten Gene in den verschiedenen Genotypen ausgewertet und nach, für die Pathogen-Pflanze-Interaktion wichtigen, GO-Termen eingeteilt. Erwartungsgemäß wurde die höchste Anzahl an induzierten Genen in dem heterozygoten Genotypen nachgewiesen. Der anfällige Genotyp bildet in allen durchgeführten Analysen das Schlusslicht. Weiterhin konnten auf Chromosom 16 zwei wichtige Gen-Cluster für die Wirt-Pathogen-Interaktion beschrieben werden. Bei dem ersten Gen-Cluster handelt es sich um ein PAL-Cluster (15 Gene) dessen Genprodukte dafür bekannt sind, bei Beschädigung der Pflanzenzellen Sekundärmetabolite zu induzieren. Das zweite ist ein STS-Cluster (35 Gene). Die darin befindlichen Gene führen zur
Synthese von Sekundärmetaboliten, genauer zu den Phytoalexinen. Sie werden in vielen Literaturquellen als Abwehrstoffe gegen Bakterien, Pilze, Viren und Insekten beschrieben. In diesem STS-Cluster konnte gezeigt werden, dass bei Inokulation im heterozygoten Genotypen 27 STSGene stark hochreguliert werden. Im anfälligen Genotypen wurden dagegen nur sieben Gene hochreguliert.
Für die Validierung der RNA-Seq-Analyse wurde eine qRT-PCR an ausgewählten Genen für Transkriptionsfaktoren so wie eine Stilben-Analyse zu bestimmten Zeitpunkten (0 hpi, 24 hpi, 48 hpi und 72 hpi) durchgeführt. Für die qRT-PCR wurden drei verschiedene Genotypen (’Solaris’, ’Sibera’ und ’Müller-Thurgau’) verwendet. Die Stilben-Analysen wurden mit den identischen Genotypen wie die durch Mikroskopie untersucht ausgewählt. Beide Validierungsmethoden bestätigen
die Ergebnisse der RNA-Seq-Analyse.
Aktualisiert: 2020-06-30
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Seit dem Verbot der neonikotinoiden Saatgutbehandlung im Winterraps in der Europäischen Union im Jahr 2013 hat Raps zum Auflaufen im Herbst keinen insektiziden Beizschutz. Einer der Hauptherbstschädlinge, der durch das Verbot begünstigt wird, ist der Rapserdfloh (Psylliodes chrysocephala L). Die Imagines migrieren ab September in die frisch auflaufenden Winterrapsbestände und können unter ungünstigen Wachstumsbedingungen durch Reifungsfraß an jungen Blättern Kümmerwuchs und Pflanzenverluste verursachen. Die Larven des Rapserdflohs schlüpfen von Ende Oktober bis in das Frühjahr und sind in der Regel das schädlichste Stadium. Sie minieren in den Blättern und schwächen die Pflanze während des Winters, welches zu Auswinterung und Ertragseinbußen führen kann. Ziel dieser Arbeit war es, Biologie und Schadpotenzial dieses Schädlings mit besonderem Fokus auf dem Einfluss von Einwanderungszeitpunkt und Käferdichte im Herbst zu untersuchen und daraus Verbesserungen zur Prognose des Auftretens und möglicher Schäden abzuleiten.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Die Esca Krankheit hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer globalen Bedrohung für den
Weinbau entwickelt. Als Hauptverursacher gilt dabei ein Komplex aus mindestens drei holzbewohnenden Pilzen: Phaeomoniella chlamydospora (Pch), Phaeoacremonium aleophilum (Pal), und Fomitiporia mediterranea (Fmed). Als Hauptinfektionsweg für diese Pilze werden Wunden am Holz angenommen, die den Reben besonders während des Winterschnitts zugefügt werden. Bisher gibt es keine effektiven Kontrollmechanismen gegen Esca.
Das Hauptziel dieser Arbeit war deshalb einen neuartigen Wundverschluss aus elektrogesponnenen Fasern zu testen, der auf die Schnittwunden appliziert werden und als physikalische Barriere gegen eindringende Sporen wirken soll. Zur eurteilung, ob eine solche Maßnahme erfolgversprechend sein kann, wurde die Epidemiologie des Erregers Pch genauer untersucht, da dieser Erreger die Rebe bereits im Pflanzgutstadium infizieren kann. Zu diesem Zweck wurden verschiedene
molekularbiologische Verfahren entwickelt um Pch sicher nachweisen und differenzieren zu können.
Für die epidemiologische Untersuchung wurde der Fokus auf das Sporenaufkommen von Pch im Weinberg gelegt. Hierfür wurden Fallen in Rebanlagen des Julius Kühn-Institutes in Siebeldingen sowohl in Anlagen mit chronischem Esca Befall, als auch in optisch symptomfreien Anlagen aufgehängt. Diese wurden über einen Zeitraum von drei Jahren wöchentlich untersucht. In dieser Arbeit wurde ein neues Verfahren entwickelt, um die Sporenfallen mittels Pch-spezifischer Nested-
PCR (Polymerase-Ketten-Reaktion) zu untersuchen, anstatt wie üblich die gefangenen Sporen auszuplattieren und zu zählen. Die Nested-PCR erwies sich als eine schnelle, zuverlässige und sensitive Nachweismethode, mit der Pch erstmals ganzjährig in einer deutschen Rebanlage nachgewiesen werden konnte. Insgesamt konnten Sporen des Pilzes über den gesamten Versuchszeitraum nachgewiesen werden.
Darüber hinaus wurde eine Sammlung von 16 Pch Stämmen, mit Herkunft aus Deutschland, Italien und Südafrika, mittels eines Sets aus 17 RAMS (Random Amplified Microsatellites)-Primern untersucht um einzelnen Stämmen Haplotypen zuzuordnen. Bei der Analyse der Stammsammlung mit RAMS-Primern fielen Muster auf, die als Längenpolymorphismus gedeutet werden konnten.Die Sequenzanalayse ergab, dass es sich hier tatsächlich um Längenpolymorphismen handelte und diese aus unterschiedlich langen Repeats einer Sequenz bestanden. Die Kombination von RAMSPrimern
und anschließender Sequenzanalyse ermöglichten es die Stämme weiter zu differenzieren. Aus den Sequenzen konnten zudem Primer entwickelt werden, die eine direkte Analyse der einzelnen Stämme ermöglichte ohne eine vorherige RAMS-Analyse durchzuführen. Final konnten bei den 16 untersuchten Stämmen zehn Haplotypen und zwei Cluster mit jeweils drei Stämmen identifiziert werden. Eine eindeutige Zuordnung der Stämme zu ihrem geographischen Ursprung, die Rückschlüsse auf die Ausbreitungswege des Pilzes hätte geben können, war jedoch nicht möglich.
Die mittels RAMS-Methode gefundenen Marker wurden anschließend verwendet, um die in den Sporenfallen gefunden Pilzsporen genauer zu klassifizieren. Zudem wurden die Sporen aus der Luft mit Proben aus Reben in den Anlagen verglichen, um einen Eindruck zu gewinnen ob die Sporen von Pilzen aus den Reben der Anlage oder aus anderen Quellen stammen. Die direkte Analyse mittels der neuen entwickelten Primer konnte in ersten Versuchen erfolgreich für die
Auswertung der Sporenfallen verwendet und verschiedene Stamm-Gruppen von Pch nachgewiesen werden. Für eine exakte Zuordnung von Haplotypen müssen jedoch weitere Polymorphismen und Primerpaare gefunden werden, die sich für die Sporenfallenanalyse eignen.
Die epidemiologischen Untersuchungen zeigten deutlich, wie wichtig ein Wundverschluss für die Schnittwunden nach dem Rebschnitt sein kann, da Sporen in der Luft zu jeder Jahreszeit und insbesondere auch zur Zeit des Winterschnitts nachgewiesen werden können. Für den Wundverschluss wurden verschiedene elektrogesponnene Fasermatten aus milchsäurebasierten Polymeren in Labor- und Gewächshausversuchen auf ihre Dichtigkeit gegen Pch-Sporen untersucht. Bei den Dichtigkeitstests im Gewächshaus konnte zudem die neu entwickelte Nested-PCR eingesetzt werden um eine bestehende Vorinfektion der Pflanzen im Rahmen der Nachweisgenauigkeit auszuschließen sowie im Falle einer Neuinfektion zu bestätigen, dass sie tatsächlich durch den der applizierten Pch-Stamm erfolgt ist.
Auch die Beständigkeit und das Abbauverhalten der Materialien wurden im Labor und Weinberg untersucht. Hierbei erwiesen sich Vliese mit einem erhöhten Glycolsäureanteil als weniger stabil. Unter den geprüften Materialien stellten sich die Faservliese basierend auf reiner Milchsäure als grundsätzlich geeignet heraus, um einen gut applizierbaren und infektionsdichten Wundverschluss herzustellen. Erste Ansätze mit diesem Vlies im Freiland bestätigten dieses gute Ergebnis, die langfristige Auswirkung dieser Maßnahme auf die Inzidenz der Esca-Erkrankung in den Weinbergen muss überprüft werden.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Esca is one of the most important grapevine trunk diseases (GTDs) worldwide. In Europe, the wood-inhabiting fungi Phaeomoniella chlamydospora (Pch), Phaeoacremonium aleophilum (Pch) and Fomitiporia mediterranea (Fmed) are considered the main causal agents of this disease. Even young vineyards and planting material can be affected by pathogens of Esca. So far, control possibilities were mainly limited to prophylactic measures, such as prevention of overly large pruning wounds, minimizing stress of affected grapevines and elimination of dead wood. By now, biological control is basically possible; its efficacy however, still remains to be fully proven under practical conditions.
According to previous studies in Germany investigating the infection status of planting material, Pch is considered the most important causal agent for an early infection in grapevine nursery propagation. Based on this, the objective of the present study was to comprehensively assess the occurrence of Pch and other GTD-pathogens in grapevine wood and potential inoculum sources and to visually evaluate Escaassociated symptoms in rootstocks and scions during the propagation process including indoor working steps and the outdoor rooting phase. The results should then be used to point up possible control measures.
For this purpose, from 2014 to 2016 visual ratings of Esca-associated wood symptoms were conducted on grapevine material collected from three different nurseries over the entire propagation process as well as from planting material ready for sale. Further assessments on pathogen occurrence by nested PCR and traditional culturing methods focused on rootstock material, which is more affected from experience, and were at first limited to the detection of Pch. For each year, a strong increase of wood symptoms, both in rootstocks and scions, was observed in the course of the production process. Compared to that, PCR- and culture-based detection rates of Pch in rootstock wood were considerably lower revealing a marked discrepancy between symptom incidence and the actual presence of the pathogen. Interestingly, a previously unconsidered fungus, Caophora luteo-olivacea (Clo), which is suspected to be a further GTD-pathogen, was frequently isolated from symptomatic rootstocks. Based on this observation, a multiplex nested PCR method was subsequently developed to specifically detect Pch, Clo as well as species of the Esca-relevant genus Phaeoacremonium (Pm). By using this method, Pch and Pm spp. were detected in ~9% and ~15% of tested rootstocks, respectively (average of all nurseries and years of observation), whereas detection rates of Clo were comparatively high at ~78%. This way, it was possible to harmonize previously observed discrepancies between symptom and pathogen incidence to a great extent. Regarding the occurrence of pathogens and expression of wood symptoms significant differences between nurseries were noticed at single sampling dates, in general however, infestation situations were quite similar.
Further investigations were conducted to identify potential inoculum sources in the propagation process. Herefore, sampling was done from various hydration tanks, callusing media and nursery soil. In addition, spore traps were installed in nursery fields in order to monitor airborne inoculum. Samples were subsequently analysed by multiplex nested PCR and/or fungal isolation. PCR-based detections of Pch, Pm spp. and Clo were obtained from hydration tanks as well as from callusing media and air with Clo being the most common species in every respect. Furthermore, viable inoculum of Pch and Pm spp. were found in rootstock wood only, whereas Clo could be additionally isolated from hydration tanks, callusing media and nursery soil. However, isolation rates of Pch, Clo and Pm spp. respectively corresponded to only ~9%, ~9% and ~2% of the detection frequencies when using multiplex nested PCR.
The present study allowed for a comprehensive and in part previously unknown insight into the infestation situations of planting material regarding Pch and further Esca- associated pathogens. It provides specific information on potential inoculum sources in grapevine nursery propagation and emphasizes the possible role of preinfected planting in the development and spread of Esca.
With respect to a targeted control of Esca and associated diseases, the obtained results provide an important basis to verify efficacy and practicabilty of existing or yet to be developed control measures.
Aktualisiert: 2020-01-13
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The work presented here confirms the two recently described resistance loci Ren3 and Ren9, which confer resistance to grapevine powdery mildew in two independent crosspopulations. The interval of Ren3 could be delimited to a 200 kb region by parallel work. Further it could be shown that this locus enables the plant to react with a HR upon powdery mildew infection. It was possible to reproduce the two described resistance loci by QTL analysis with phenotypic field data in the two populations ’Regent’ x ’Cabernet Sauvignon’ and GF.GA-47-42 x ’Villard Blanc’. Also it was shown that a classification into resistant and susceptible genotypes according to observed SSR marker alleles of the resistance-linked genetic markers was possible. By genotypic and microscopic analysis of specifically selected F1 individuals with recombination on chromosome 15 from different crosses, the genomic interval of the resistance locus Ren9 was reduced to around 300 kb. The genetic markers GF15-08, GF15-10 and Indel-7 where identified to be closely linked to the locus conferring resistance to powdery mildew. Furthermore, HR associated with appressoria after infection with powdery mildew could be confirmed for Ren9. Parallel works on Ren3 enabled an analysis of genes encoded in this resistance locus. Hereby a cluster of four CC-NBS-LRR genes was identified. Transcript analysis of Ren3-1 revealed two different splice variants for this gene. Differential gene expression experiments after inoculation with powdery mildew showed that the two genes Ren3-1 and Ren3-4 are exclusively transcribed in the grapevine cultivar ‘Regent’ and that transcript levels of Ren3-4 are elevated upon infection with powdery mildew. The elevated transcript levels of Ren3-4 could give a hint that this gene might confer the resistance to powdery mildew associated with the resistance locus Ren3. A comparison of Ren3 from ‘Regent’ and the reference genome PN40024 12Xv0 revealed major differences. Here an approximately 110 kb insertion in the coding region of Ren3-4 was identified comprising several retroelements. Also in the promoter region of Ren3-1 an additional retroelement was identified in PN40024 12Xv0. These two insertions probably inactivate the resistance genes in the susceptible PN40024. Their absence explains the exclusive transcription of these two genes in ‘Regent’. PN40024 has a pure V. vinifera background. This grapevine species evolved without the presence of powdery mildew. The insertion of the found retroelements could therefore be a way to silence not needed resistance genes. This silencing mechanism is thought to help prevent autoimmunity conferred by resistance genes. Analysis of differential gene expression upon inoculation with powdery mildew revealed major differences between the resistant cultivar ‘Regent’ and the susceptible cultivar ‘Chardonnay’. Especially by looking at genes of the pathogenesis-related group it could be shown that the resistance
response in ‘Regent’ is faster and longer lasting. Additionally, it was possible to analyze possible orthologous genes involved in HR regulation, which were already described in A.thaliana. The differential experession of these genes in ‘Regent’ compared to ‘Chardonnay’ after inoculation with powdery mildew, could indicate the first steps in characterizing the
observed HR on a molecular level. Furthermore, it was possible to prepare for the functional analysis of Ren3-1 by generating amiRNA constructs and transforming them into ‘Regent’ for a knockdown of the gene. In addition, it was possible to transform susceptible genotypes with the gene Ren3-1.
Aktualisiert: 2022-03-03
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This thesis studies the development of methods to generate cisgenic apple plants. As classical apple breeding is a time consuming process, the concept of cisgenesis, recently presented, is a promising opportunity to develop resistant
apple cultivars in a relatively short time frame. The major objectives of this study are (1) to develop a cisgenic approach via the Clean Vector Technology exploiting a heat inducible Flp/FRT recombinase system, (2) to identify a further apple
specific scab resistant gene Rvi15 of GMAL 2473 to be used in transformations, and (3) to utilize the apple specific transcription factor coding gene MYB10 as a potential morphological marker.
In the first two parts, the apple cultivars 'Brookfield Baigent', 'Mitchgla', 'Novajo' and 'Pinova' were genetically engineered in a cisgenic approach using the apple own scab resistance gene Rvi6 of the wild apple accession Malus floribunda No. 821. In Advance, three new methods to activate the heat inducible Flp/FRT recombinase system were tested by means of a monitoring vector, and a molecular characterisation of the system followed by analysing the expression of transferred genes. During the new methods, heat induction treatment of leaves/leaf explants was conducted at 42 °C for 4 h at 100 % humidity (method “wet chamber“), on solid media (method “plate surface”) and in liquid media (method “ddH2O”/”MSO”).
Two cisgenic apple lines were generated, namely iM879-68 and iM946-193. Cisgenic line iM879-68 of the cultivar 'Pinova' was produced using the method “wet chamber” and cisgenic line iM946-193 of the cultivar 'Brookfield Baigent' was
produced using the method “MSO”. Both cisgenic lines showed one T-DNA integration site. The correct excision of the recombinase cassette out of the T-DNA located in the apple genome was confirmed by sequencing. Both cisgenic
lines were proofed to be resistant against Venturia inaequalis isolate 104 (race 1) in greenhouse tests and showed Rvi6 expression levels comparable to traditional bred Rvi6 harbouring cultivars. This study reports for the first time about
generation of cisgenic apple plants based on a Flp/FRT recombinase system. In the third part, the candidate genes Vr2-A, Vr2-B and Vr2-C at the Rvi15 locus were investigated by PCR in selected scab resistant, respectively scab 13 Abstract susceptible descendants of a mapping population GMAL 2473 × M. ×domestica 'Golden Delicious'. Five investigated seedlings of the mapping population showed a recombination event within the Rvi15 locus. Due to the presence of the three candidate genes in all investigated resistant descendants and the absence of the three candidate genes in all investigated susceptible descendants, none of the candidate genes was identified as the resistance mediating gene.
In the fourth part, the MYB10 gene of apple, exhibiting a natural allele (MYB10 (R6)) that causes a visible anthocyanin accumulation in all tissues of apple, was used. The MYB10 (R6) allele has an insertion in the promoter region of the MYB10 gene, responsible for autoinduction of the MYB10 gene expression. The incidence of the MYB10 (R6) allele was studied in genetic resources of the genus Malus. These molecular data were compared to phenotypic data for fruit flesh colour and red pigmentation. A defined promoter region of MYB10 was sequenced for numerous apple accessions and cultivars and revealed three main types of the MYB10 promoter: the most frequent MYB10 (R1) allele, the MYB10 (R6) allele and the previously unknown ~1 kb MYB10 allele. All red fleshed accessions of the Malus genebank collection carried the MYB10 (R6) allele and belong to Malus species native to Asia. A regeneration experiment with MYB10 (R6) transgenic apple lines showed a restricted usability of the MYB10 (R6) allele as a morphological marker for the cultivar 'Pinova'.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Manure, digestates and sewage sludge are produced in large amounts and are used in agriculture because of their nutrient concentration. Through application they can carry pollutants like heavy metals and antibiotics into agricultural soils.
The aim of this work was to evaluate the methodological basics of analysis for the phosphorus (P) content in manure, digestates and sewage sludge and the development of a suitable analytical method especially for antibiotics in these
complex matrices. Acute and combinatory toxic effects of heavy metals and antibiotics were investigated in a pot trial and in model experiments to estimate their ecological relevance.
This work provided the following results:
The extraction of P by CAL delivered more reasonable results than a water extraction because CAL extraction was less affected by the matrix. CAL and NAC extraction delivered comparable results so both can be used to determine the P content in digestates. It was shown that the P determination by ICP-OES was more suitable to determine the P content in comparison to the colorimetric measurement by a spectral photometer as P contents were partly overestimated.
The median and maximum concentrations of antibiotics tend to be lower in digestates than in the substrates of the anaerobic fermentation. However, the contaminations were in the same order of magnitude. Median antibiotic concentrations in manure, digestate and sewage sludge samples were in the range of 100 μg to a few mg kg-1 on a dry matter basis. The maximum concentration determined in a digestate was 29.8 mg tetracycline kg-1 DW.
In small-scale tests (toxkits) it was proven that antibiotics in high concentrations are toxic to Daphnia magna and Sinapis alba. Daphnia magna was immobilised by high antibiotic concentrations and in case of Sinapis alba the root length was reduced by high concentrations of antibiotics. In the toxkits experiments the antibiotics enrofloxacine, sulfadiazine and tetracycline revealed synergistic toxic effects incombination. In a pot experiment, where the combinatory effect of enrofloxacin and copper on growth of Sinapis alba was investigated, it was shown that no enrofloxacin could be detected in the soil solution. This indicates a high adsorption of enrofloxacin to the soil-matrix. In concentrations of 3.6 mg kg-1 soil enrofloxacin caused a reduction in biomass development of Sinapis alba and could be detected in the plant material.
In a worst-case scenario it was calculated that up to 22 μg tetracycline kg-1 soil could be transferred to the field as a result of fertilization. This concentration is significantly lower than the toxic effect concentration which was determined for Sinapis alba. Based on the data obtained in the present work, it can be concluded, that currently no acute toxic effects on plant growth should be expected due to fertilization with manure, digestates and sewage sludge. Nevertheless, other toxic effects which were not evaluated in this work, could pose a risk for the environment.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Ein Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und biologische Evaluierung einer Sensorik
zur Verbesserung der Prognose des Apfelschorfs. Als Grundlage für die Schorfprognose dient nach dem Modell von Mills die Länge der Blattnässedauer in Abhängigkeit von der Lufttemperatur. Es wurden mehrjährige Vergleiche verschiedener käuflicher Blattnässesensoren durchgeführt und in Zusammenarbeit mit der Firma THIES Clima ein Sensor für Wasserbenetzung entwickelt. Der Vergleich der käuflichen Sensoren zeigte deutliche Unterschiede in der Anzeige der Nässedauer zwischen den
verschiedenen getesteten Sensoren. Die Eignung dieser Sensoren für die Prognose war sehr verschieden. Der im Rahmen des Verbundprojektes entwickelte Sensor ist
zuverlässig, wetterfest, korrosionsbeständig und wartungsarm. Die einzelnen
Prototypen wurden nach der Evaluierung in der Klimakammer im Freiland getestet
und die Einstellungen anhand von Bioassays auf ihre Eignung zur Prognose überprüft.
Der marktreife Prototyp kann ohne weitere Modellierung zur Erfassung der Blattnässe
von Apfelblättern in die Prognose eingebunden werden. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Zusammenhänge der diurnalen Rhythmik der Sporenausschleuderung von Venturia inaequalis zu untersuchen. Im Freiland wurden die Ascosporenflüge unter natürlichen Bedingungen und mit Störlicht registriert. Im Labor wurde der Sporenausstoß unter dem Einfluss der Beleuchtungsstärke und Wellenlängen-Zusammensetzung untersucht. Sowohl im Freiland als auch im Labor konnte eine Aufhebung der Dunkelhemmung des Sporenausstoßes erreicht werden. Der sichtbare Anteil des Lichts konnte auch bei Helligkeiten von über 10000 Lux als Auslöser des Sporenausstoßes ausgeschlossen werden. Durch die Bestrahlung der Pseudothecien tragenden Blätter mit nicht sichtbaren infraroten Lichtanteilen wurde eine Freisetzung der Ascosporen auch im Dunkeln erreicht und die diurnale Rhythmik der Sporenausschleuderung im Freiland wurde aufgelöst.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Risikos des Entstehens von Bienenvergiftungen durch insektizidhaltigen Staubabrieb beim Anbau von Raps und Mais.
Zur Quantifizierung der Beizstaubabdrift nach Mais- und Rapsaussaat wurde analysiert, welche Rückstände in Nichtzielgebiete und blühende Nachbarkulturen gelangen. Parallel dazu wurden die Exposition und Auswirkungen auf Bienen unter realistischen Freiland- aber auch in Halbfreilandbedingungen in einem Worst-Case-Szenario experimentell geprüft. Im Rahmen der Arbeit wurden neuartige, praktikable Prüfmethoden mit feldrealistischer Beizstaubabdrift, manueller sowie maschineller Applikation von Beizstäuben entwickelt.
Es zeigte sich, dass die abgeriebene Menge in Verbindung mit dem Wirkstoffgehalt des abgeriebenen Beizstaubs maßgeblicher Einflussfaktor für die Exposition und Auswirkung auf Bienen ist. Im Feldrandbereich traten die höchsten Kontaminationen auf, die Deposition nahm kontinuierlich mit der Entfernung zur gesäten Fläche ab. Benachbarte Pflanzen besitzen unterschiedliche Filterwirkung, blühender Raps zeigte höhere Filterwirkung als Senf. Die Mortalität adulter Bienen ist eng korreliert mit der Beizstaubabriebfestigkeit und dem Wirkstoffgehalt der abgeriebenen Stäube. Sehr starke Mortalität adulter Bienen wurde nach Aussaat von Mais, in einzelnen Versuchen und in geringerem Umfang auch nach Rapsaussaat beobachtet. Es wurden jedoch weder Puppenmortalität noch Auswirkungen auf Volks- und Brutentwicklung festgestellt. Nektar hat nur einen geringen Anteil an der Schadwirkung, nur selten traten erhöhte Rückstände auf. Hauptursächlich für die Mortalität ist die Kontamination
mit Partikeln über die Körperoberfläche und das Haarkleid sowie durch aktives oder passives Aufsammeln von Partikeln und Vermischung mit Blütenpollen. In gesammelten Pollenhöschen sowie in Waben eingelagertem Pollen wurden oft sehr hohe Rückstände nachgewiesen. Der Verzehr von eingelagertem kontaminiertem Pollen kann zu einer über mehrere Wochen erhöhter Mortalität führen. Die teils sehr hohe Variabilität der Einzelproben lässt auf einen individuell sehr unterschiedlichen Staubpartikelanteil im Sammelgut schließen. Effekte auf die Mortalität von Bienen können unter Halbfreilandbedingungen wesentlich sensitiver erfasst werden. Bei gleicher Wirkstoffmenge bewirkt Staubexposition stärkere Effekte auf Bienen als
Spritzmittelausbringung. Dies wird erklärt durch die Formstabilität und längere Oberflächenverfügbarkeit der Partikel, und begründet die Notwendigkeit einer spezifischen Risikoabschätzung für die Auswirkungen von Beizstäuben auf Bienen. Es ist unumgänglich, realistische Grenzwerte für alle relevanten Kulturen festzulegen und deren Einhaltung in der Praxis engmaschig zu kontrollieren. Die hier vorgestellten neuartigen Prüfmethoden und die gewonnene Datenbasis dienen als Grundlage für weiterführende wissenschaftliche Untersuchungen und die Richtlinienentwicklung mit dem übergeordneten Ziel, ausschließlich sichere Anwendungen von Saatutbeizungen zu gewährleisten und Bienen zu schützen.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Der Apfel ist das bedeutendste Obst in Deutschland. Der Geschmack eines Apfels ist
abhängig von der Ausstattung an Schlüsselaromastoffen, deren Konzentration sich sortenspezifisch unterscheidet. Einige wichtige Aromastoffe werden durch den ipoxygenase-Stoffwechselweg gebildet. Als erstem Enzym in diesem Stoffwechselweg kommt der Lipoxygenase eine Schlüsselrolle zu. Durch die Oxigenierung von ungesättigten Fettsäuren werden Vorstufen für Stoffe gebildet, die dem Apfel seinen typischen Geruch und fruchtigen Geschmack verleihen und in weiteren Stoffwechselwegen wirken.
Aktualisiert: 2020-01-13
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In dieser Arbeit wurde versucht, die durch die Resistenzloci Rpv3- und Rpv10-vermittelten Resistenzmechanismen in der Weinrebe nach Inokulation mit P. viticola zu
analysieren. Durch Sequenzierung von PCR-Amplikons eines für Rpv10 homozygotem
Selbstungsnachkommen von 'Solaris' und BAC-Klonen aus 'Solaris' konnten das resistente (83.656 bp) und das anfällige (81.508 bp) Allel von Rpv10 vollständig dargestellt werden. Zwischen den beiden Allelen existieren neben einem ängenunterschied von rund 2.100 bp auch deutliche Unterschiede innerhalb der Nukleotidsequenzen. Im Bereich von Rpv10 liegen neun Gene, die zwischen den beiden Allelen Sequenzunterscheide aufweisen, welche vermutlich im anfälligen Allel zum Verlust der Resistenz führen. Fünf dieser Gene zeigen Ähnlichkeit zu zwei Ankyrin-haltigen Proteinen, einem Ethylen-responsiven Transkriptionsfaktor (ERF), einem Protein ähnlich dem Resistenzprotein RPS5 aus Vitis labrusca und einem Aquaporin. Weitere Kandidatengene für die durch Rpv10 und Rpv3 vermittelte Resistenz konnten durch RNA-Seq-Analyse identifiziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass im anfälligen Genotyp ohne Resistenzloci zwar vermutlich Pathogene durch Rezeptorproteine detektiert werden, es aber danach zu keiner Signalweiterleitung und Expression weiterer Resistenzproteine kommt.
Mithilfe der Genexpressionsanalyse dreier Genotypen mit unterschiedlichen Kombinationen von Rpv3 und Rpv10 zu verschiedenen Zeitpunkten nach Inokulation wurden Gene detektiert, die spezifisch für die durch Rpv3 und Rpv10 vermittelte Resistenz gegen P. viticola sind. Dabei zeigte sich, dass typische Rezeptorproteine wie z. B. das RPS5-ähnliche Rezeptorprotein vom Typ CC-NBS-LRR aus Rpv10 nach Pathogeninokulation keine besonders gesteigerte Expression zeigen. Dennoch ist die Detektion und Signalweiterleitung durch ein funktionelles Rezeptorprotein entscheidend für eine erfolgreiche Resistenzantwort. Die weiteren an der Resistenzantwort beteiligten Elemente (v. a. Proteinkinasen, Transkriptionsfaktoren und Gene des Sekundärstoffwechsels) werden danach erst um ein Vielfaches induziert. Besonders charakteristisch für Rpv3 scheint z. B. der „PREDICTED: Probable WRKY transcription factor 47-like isoform X1“ zu sein. Für Rpv10 können die Serin/Threonin-Proteinkinase SAPK3 und die „Hydroxycinnamoyl CoA shikimate/quinate hydroxycinnamoyl transferase“ genannt werden, die für die durch Rpv10 vermittelte Resistenz gegen Plasmopara viticola mit verantwortlich erscheinen.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Der Asiatische Marienkäfer Harmonia axyridis ist als invasive Art in Europa flächendeckend verbreitet. In Nordamerika, wo sich der Käfer ebenfalls etablieren konnte, kam es im Jahre 2001 durch den Käfer zu erheblichen Beeinflussungen des Weingeschmacks (Marienkäferton), nachdem diese mit ins Lesegut gelangten.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Ein neuer Resistenzlocus (Rpv10) gegen den Erreger des Falschen Mehltaus an der Rebe (Plasmopara viticola) konnte für die gezielte Nutzung in der Rebenzüchtung erschlossen werden. Die Untersuchungen erfolgten an einer Kreuzungspopulation zwischen dem Zuchtstamm Gf.Ga-52-42 und der Sorte ‘Solaris’ mit 265 F1-Individuen. Über SSRMarkeranalysen wurde eine genetische Karte der Kreuzungspopulation erstellt. Die Varianz der Plasmopara-Resistenz innerhalb der Population wurde durch die Verwendung des Blattscheibentests ermittelt.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Seit den Anfängen von „Ackerbau und Viehzucht“ konkurrieren menschliche Gesellschaften mit anderen Organismen um die dort produzierten Ressourcen. Ertragseinbußen in Agrar- undForstwirtschaft sowie der Verlust von Nutzvieh und Jagdwild durch regelmäßig auftretende Schädlingskalamitäten und Raubtierübergriffe machten die Suche nach Bekämpfungsmöglichkeiten notwendig. Bis heute sind Schädlinge in zahlreichen Bereichen des menschlichen Lebens mitunter als alltägliche Erscheinungen vertreten und beeinträchtigen Gesundheit, Ernährung und Wohlbefinden.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Pillnitz ist seit Jahrhunderten geprägt von einer sich verändernden Schloss- und Parkanlage der sächsischen Kurfürsten und Könige. Großartige Pflanzensammlungen zeugen noch heute von den botanischen Interessen des Sächsischen Hofes. In Pillnitz wurde Anfang des 20. Jahrhunderts auch die Neue Königliche Hofgärtnerei errichtet, die später zur Staatlichen Versuchs- und Beispielsgärtnerei wurde. Die Pillnitzer Tradition im Garten- und Weinbau trug auch zur Gründung der Höheren Staatslehranstalt für Gartenbau in Pillnitz an der Elbe im Juni 1922 bei.
Aus Anlass des 90. Jubiläums der Gründung dieser Lehranstalt und des Beginns einer engen Verbindung von Lehre und Forschung für den Gartenbau wurde die vorliegende Publikation zusammengestellt. Dargestellt ist ein historischer Abriss der Entwicklung Pillnitzer Lehr- und Forschungsinstitutionen seit 1922 bis heute, welche die Gartenbautradition erhalten und weitergeführt haben. Heute arbeiten am Standort Institutionen des Freistaates Sachsen und des Bundes partnerschaftlich unter dem Dach des „Grünes Forum Pillnitz“ zusammen. Als Förderer des Gartenbaustandortes versteht sich auch der Verband Ehemaliger Dresden-Pillnitzer e. V. Vorgestellt werden weiterhin einige Persönlichkeiten, die mit ihrem Wirken und ihrer Verantwortung dazu beigetragen haben, den Ruf von Pillnitz als Standort für den Gartenbau in die Welt zu tragen.
Aktualisiert: 2020-01-13
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In der vorliegenden Arbeit konnten durch Variabilitätsuntersuchungen innerhalb eines
Weltsortiments von 219 Petersilie-Herkünften, welches eine hohe phänotypische und genetische Vielfalt zugrunde legte, wertvolle Ergebnisse erzielt werden. Die Pathogene S. petroselini und P. petroselini zeigten erstmalig in diesem Umfang an Akzessionen Verteilungen im Befall, die auf eine quantitative bzw. qualitative Ausprägung der Resistenzen hindeuteten.
Darüber hinaus zeigten S. petroselini und P. petroselini Befallsmuster, welche nicht unerhebliche Beziehungen aufwiesen.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Differentielle Genexpressionsstudien für einen resistenten und einen anfälligen Genotyp haben gezeigt, dass zehn Stunden nach der Inokulation mit Erysiphe necator die Expression der Transkriptionsfaktoren CZF1/ZFAR1 und MYBB, der Ethylen-responsiven Faktoren ERF1 und ERF5, der PAL (Phenylalanine-ammonia Lyase), der Pathogen-related Proteine PR5 und PR10.1 und den WRKY-Transkriptionsfaktoren WRKY7, WRKY33 und WRKY57 verstärkt wird (Welter, 2008). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten die Promotoren der Gene ERF1, ERF5, MYBB, PAL, PR10.1 und WRKY7 für die resistente Rebsorte `Regent´ im Vergleich zur anfälligen Sorte `Lemberger´ erfolgreich amplifiziert und sequenziert werden.
In den Promotorbereichen betrug die durchschnittliche SNP-Häufigkeit 1/39 und die Frequenz der Insertions-/Deletionsereignisse lag bei 1/210. Die in silico Analyse des PR10.1 Promotors zeigte außerdem, dass eine Bindestelle für den Repressor SEBF (silencing elemental binding factor) für beide Allele von `Lemberger´ und das „anfällige“ Allel A von `Regent´ existiert.
Das Allel B der PR10.1 Promotors des Genotyps `Regent´ war eindeutig vom resistenten Elter `Chambourcin´ vererbt. Insgesamt wurden 13 WRKY-, vier ERF- und 22 MYB-Bindestellen im PR10.1 Promotor identifiziert. Der anschließende duale Luciferaseassay zeigte, dass die Transkription von PR10.1 positiv durch die Transkripitonsfaktoren CZF1/ZFAR1, ERF5 und WRKY33 reguliert wird.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Das Ziel dieser Arbeit war es, relevante Informationen über die Variabilität des Apfelmehltau zu erlangen, um diese in der Resistenzzüchtung beim Apfel zu nutzen. Dabei wurde zum einen die Virulenz einer Auswahl von Isolaten auf einem Malus-Sortiment getestet, zum anderen wurden Proben des Pathogens auf molekularer Ebene mit Markern untersucht, um die genetische Variabilität festzustellen. Ein dritter Teil der Arbeit befasste sich mit der Untersuchung, ob die in anderen Pathogenen auftretende Strobilurin-Fungizid-Resistenz (G143A), die auf einer Mutation im Pathogen beruht, auch beim Apfelmehltau auftritt.
Aktualisiert: 2020-01-13
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