Biologie der Schwarzfäule an Reben und potentielle Abwehrmechanismen bei der Europäischen Wildrebe und verschieden resistenten Sorten

Die Schwarzfäule ist eine pilzliche Erkrankung der Weinrebe und wird durch den Erreger Phyllosticta ampelicida (Enkman) Van der Aa (P. ampelicida, telomorph: Guignardia bidwellii (Ellis) Viala und Ravaz) hervorgerufen. Die ursprünglich in Nordamerika beheimatete Krankheit, wurde im 19. Jahrhundert nach Europa eingeschleppt. Im Jahr 2002 erreichte die Schwarzfäule erstmalig auch in Deutschland wirtschaftliche Relevanz und hat sich in einigen für sie klimatisch begünstigten Regionen als Krankheit etabliert, die vor allem den Öko-Weinbau vor neue Herausforderungen stellt.
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Nahezu alle der in Deutschland zugelassenen Kulturrebsorten der Art Vitis vinifera sind anfällig gegenüber P. ampelicida. Ableger der letzten Europäischen Wildrebenpopulation Deutschlands, die bis heute in den Rheinauenwäldern ohne Pflanzschutzapplikation überdauert haben, wurden in einem ersten Schritt hinsichtlich ihrer Resistenz gegenüber der Schwarzfäule getestet, um deren Eignung für die Züchtung pilzwiderstandsfähiger, besonders schwarzfäuleresistenter neuer Rebsorten zu prüfen. Die Wildreben zeigten eine große Variabilität hinsichtlich ihrer Anfälligkeit. Einige Akzessionen wiesen eine gewisse Teilresistenz auf, die vermutlich in einer früher eintretenden Altersresistenz begründet ist, denn nur wenige, sehr junge Blätter wiesen Symptome auf.
Zum besseren Verständnis des Pathogens wurde die Biologie von P. ampelicida näher analysiert. Mit Hilfe der Fluoreszenz- und Rasterelektronenmikroskopie wurde der asexuelle Infektionszyklus von der Anheftung der Sporen bis hin zur Bildung der Pyknidien auf Blättern der anfälligen Rebsorte ‘Müller-Thurgau‘ (‘M-Th‘) untersucht. Besonders charakteristisch für die Schwarzfäule ist das zweidimensionale Hyphenwachstum auf den antiklinalen Zellwänden der Epidermis unterhalb der Kutikula, das die lange biotrophe Phase des Pathogens prägt. Erst im Übergang zur Nekrotrophie kolonisiert das Myzel weitere Zellschichten und bildet Pyknidien. Untersuchungen basierend auf einem Nährmedientest zeigten, dass P. ampelicida fähig ist, wesentliche Bestandteile der Zellwand zu degradieren und besonders Pektin für sein Wachstum zu nutzen.
Die grundlegenden Infektionsschritte von P. ampelicida wurden auf jungen (Blatt 4) und alten (Blatt 7) Blättern verschieden resistenter Genotypen (‘M-Th’ [anfällig], ‘Solaris’ [teilresistent], ‘Börner’ [resistent], drei Wildrebenakzessionen [teilresistent]) verglichen. Alte Blätter wiesen eine entwicklungsbedingte Resistenz, die sogenannte Altersresistenz auf. Es zeigte sich, dass zwar die oberflächlichen Entwicklungsstadien, wie die Sporenanheftung und Appressorienbildung nahezu unbeeinflusst von Genotyp und Blattalter waren, während jedoch die Hyphenentwicklung auf resistenten und teilresistenten Genotypen sowie alten Blättern eingeschränkt schien. Auf diesen Blättern wurden weniger Appressorien beobachtet, die in der Lage waren erfolgreich Hyphen zu etablieren, zudem waren die Hyphen kürzer und weniger stark verzweigt.
In mikroskopischen Untersuchungen zu verschiedenen Abwehrmechanismen konnten mehr Kalloseakkumulationen und Phenolanreicherungen in resistenten und teilresistenten Genotypen am Ort der Penetration nachgewiesen werden. Die erhöhten Transkriptmengen der Phenylalaninammoniumlyase und Stilbensynthase der Rebsorten ‘Solaris’ und ‘Börner’ nach Inokulation mit dem Erreger der Schwarzfäule weisen darauf hin, dass phenolische Verbindungen, u.a. antifungal wirkende Stilbene, mögliche Aspekte der Schwarzfäuleresistenz darstellen. Teilweise wurden auch Superoxidanionen, die zu den reaktiven Sauerstoffspezies gehören und Reaktionen im Bereich der Penetrationsstelle, die vermutlich einer Alkalisierung des Apolasten zugesprochen werden können, beobachtet. Hypersensitive Reaktionen wurden nicht detektiert. Die Ergebnisse verweisen allgemeinhin auf eine basal verankerte Resistenz.
Erste Ergebnisse zur Monosaccharidkomposition der Zellwände lassen darauf schließen, dass möglicherweise auch geringere Pektingehalte sowie deren stärkere Verzweigung und eine damit möglicherweise verbundene schlechtere biologische Abbaubarkeit die Hyphenentwicklung von P. ampelicida nachteilig beeinflussen.

Black rot is a fungal disease on grapevine caused by the pathogen Phyllosticta ampelicida (Enkman) Van der Aa (P. ampelicida, telomorph: Guignardia bidwellii (Ellis) Viala and Ravaz). It is native to North America and was introduced to Europe in the 19th century. In 2002 black rot achieved economical relevance in Germany for the first time and became established in some regions where weather conditions are favourable. Predominantly, ecological viticulture is challenged by the disease.
Almost all the commercially used vine varieties cultured in Germany belong to the species Vitis vinifera and are therefore susceptible to P. ... mehrampelicida. Some of the European wild grapes still have survived until today in the floodplains of the river rhein without any fungicide applications. Offshoots of these wild grapes have been screened for their resistance towards black rot to proof their suitability for breeding of new fungus-resistant, especially black rot resistant grape varieties. The European wild grapes showed a high degree of variability regarding resistance. Some exhibited a partial resistance that could be explained by a very pronounced age-related resistance. In comparison, only few and very young leaves showed typical symptoms.
To get a better understanding of this pathogen, the biology of black rot has been analysed. The asexual infection process beginning from the attachment of pycnidiospores up to the formation of pycnidia on leaves of the susceptible grape variety Müller-Thurgau has been observed with the aid of fluorescence and scanning electron microscopy. The two-dimensional hyphal network growing on anticlinal cell walls of the epidermis underneath the cuticle is characteristic for the pathogen and dominates the long lasting biotrophic phase of the fungus. The mycelium also colonises further cell layers when switching to necrotrophy and is able to form pycnidia. Based on a plate assay with distinct nutrient media, it was shown that P. ampelicida can degrade all substantial cell wall ingredients. However, growth was best on media enriched with pectin.
The fundamental infection steps of P. ampelicida have been compared on young and old leaves of different resistant genotypes (‘M-Th’ [susceptible], ‘Solaris’ [partly resistant], ‘Börner’ [resistant], three wild grape accessions [partly resistant]). Old leaves already acquired ontogenetic resistance. Infection steps on the leaf surface, such as quantity of spore attachment and formation of appressoria, are not related to genotype and leaf age. Nevertheless, hyphal development was restricted on resistant and partly resistant genotypes and old leaves. Few appressoria were able to establish hyphae, moreover hyphae have been shorter and less branched.
An investigation of different resistance mechanisms exhibited an increased accumulation of callose and phenolic compounds in resistant and partly resistant genotypes at the site of penetration. Transcripts of phenylalanine ammonia-lyase and stilbene synthase accumulated to a higher amount in resistant and partly resistant grapevine cultivars after an inoculation with P. ampelicida. Results revealed that accumulations of phenolic substances and stilbens may play a role in black rot resistance. Partially also superoxidanions, belonging to the reactive oxygen species and reactions around the site of penetration, presumably indicating an alkalization of the apoplast have been observed. Hypersensitive reactions have been detected. The results refer to a basal resistance.
Preliminary results of monosaccharide analysis of cell walls indicate that also low pectin contents and highly-branched pectins impaired hyphal development of P. ampelicida.