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Investigation of potential differences in the sex of siirt pistachio (Pistacia vera L. cv. Siirt) trees and saplings using morphological and physiological techniques
Get PDFSex identification in Pistacia species is economically important for pistachio producers because their long juvenile period delays crop production and gains. Since there is no easy method to identify sex during the juvenile period of this plant, morphological and physiological methods are expected to help in sex identification at the juvenile stage of Pistacia vera L. cv. Siirt (siirt pistachio) to determine potential differences in the sex of siirt pistachio trees and saplings. In the present study, the physiological and morphological differences were compared between female and male trees. Sixteen saplings were grown in the same field and environmental conditions. We measured GSH, GSSG, GR enzyme activity, total soluble sugar and protein, proline, MDA, chlorophyll-a, chlorophyll-b, carotenoid, pH values, and stomatal density of the leaf samples randomly selectedfrom the sixteen saplings, and five male and five female trees. While the average GSH, GSSG, and GR activity of male trees was 2.45, 0.66, and 9.72, respectively, it was 5.94, 1.54, and 5.53 in female trees. The stomatal density of female and male trees and saplings was determined as 8.33-12.33, 15.00-23.66, and 9.66-24.00, respectively. The pH value was measured between 4.83-5.40, 4.64-4.74, and 4.23-4.76, respectively, in female and male trees and saplings. According to the pH values, the acidity of saplings was higher than in male trees, whereas it was higher in male trees than in female trees. However, proline, malondialdehyde (MDA), total soluble sugar and protein, photosynthetic pigments, and carotenoid did not display any significant differences between female and male trees and saplings. Considering the results of GSH, GSSG, and GR enzyme activity and stomatal density, which differed significantly between trees and saplings, S7 showed similarity to female trees, whereas S13 showed similarity to male trees
Mapping and characterization of resistance to downy mildew in an East Asian grapevine genetic resources
No full textDer Falsche Mehltau der Rebe, der durch den obligat biotrophen Oomyceten Plasmopara viticola verursacht wird, gehört zu den gefährlichsten Erkrankungen der Rebe, da er zu erheblichen Ertragsverlusten führen kann. Der regelmäßige Einsatz von Fungiziden ist notwendig, um Ertragseinbußen zu verhindern, führt aber zu nachteiligen Umweltauswirkungen und geht einher mit einer geringen gesellschaftlichen Akzeptanz. Resistente Rebsorten können eine Ergänzung zu den herkömmlichen Strategien in der Bekämpfung des Falschen Mehltaus darstellen und zu einem nachhaltigen und umweltfreundlichen Weinbau beitragen, indem durch ihre Nutzung die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln drastisch reduziert werden kann. Daher ist es naheliegend, dass die Rebenzüchtung den Fokus auf pilzresistente Sorten legt und dabei natürlich vorkommende Resistenzen von Wildarten der Rebe nutzt. Die primären Zuchtziele sind daher die Identifizierung neuer Resistenzen mit unterschiedlichen Abwehrmechanismen, um einen Krankheitsausbruch und resistenzbrechende Isolate zu verhindern. Bis heute wurden mehr als 30 Resistenzloci gegen P. viticola identifiziert.
In dieser Studie wurde die bi-parentale F1-Population (\u27Morio Muskat\u27 x COxGT2 (V. coignetiae x \u27Gewürztraminer\u27)) Gf.2018-063 untersucht, um Resistenzen gegen P. viticola zu identifizieren und zu kartieren. Als Resistenzquelle diente die bisher ungenutzte ostasiatische Wildart Vitis coignetiae. Es wurde eine genetische Karte basierend auf 109 simple sequence repeats (SSR)-Markern erstellt sowie eine weitere genetische Karte mit 647 Markern auf Grundlage der RNase-H2-abhängigen Amplikon-Sequenzierung (rhAmpSeq). Die daraus resultierende hochauflösende rhAmpSeq-Karte umfasst eine Gesamtlänge von 1147,36 cM, mit 19 Kopplungsgruppen und einem durchschnittlichen Abstand zwischen den Loci von 3,2 cM. Die phänotypischen Daten (Blattscheiben-Test) wurden über drei Jahre erhoben und in Quantitative Trait Locus (QTL)-Analysen unter Verwendung jeder einzelnen Kopplungskarte eingesetzt. Es konnte ein konsistenter und hoch signifikanter QTL auf Chromosom 14, mit einer erklärten phänotypischen Varianz von bis zu 36,4 % ermittelt werden. Dieser QTL teilt keine SSR-Markerallele mit den bereits existierenden, von V. amurensis abgeleiteten, QTLs Rpv8 und Rpv12 auf Chr. 14. Daher wurde er als Rpv32 (Resistenz Plasmopara viticola 32) bezeichnet (Malagol et al., 2023, in Vorbereitung). SSR- und rhAmpSeq-Marker, die in dieser Forschungsarbeit identifiziert wurden, können in der markergestützten Selektion für die Introgression von Rpv32 in Zuchtlinien und die Pyramidisierung von Resistenzen genutzt werden. Darüber hinaus zeigen und bestätigen mikroskopische Färbungsstudien in verschiedenen Zeitintervallen und quantitative Analysen von P. viticola (5 dpi), dass der resistente parentale Genotyp (COxGT2) im Gegensatz zum anfälligen Genotyp (\u27Morio Muskat\u27) die Vermehrung des Pathogens verhindert. Weiterhin zeigt die in dieser Studie verwendete Population eine Segregation für das morphologische Merkmal Blattbehaarung, für das ein signifikanter QTL auf Chr. 5 mit einer erklärten Varianz von 24 % (ribbon trichome) identifiziert wurde. Die Hypothese, dass die Blattbehaarung als physische Barriere gegen P. viticola dient, wurde in allen Jahren analysiert. Jedoch wurde kein Zusammenhang zwischen der Dichte der Blatthaare und dem Befall der Blattscheiben mit P. viticola im vorliegenden Fall festgestellt.
Herkömmliche Methoden der Phänotypisierung sind sowohl zeit- und arbeitsintensiv, als auch subjektiv, wenn unterschiedliche Personen solche Daten erheben. Diese Subjektivität kann zu statistischem Rauschen und zu Verzerrungen im Ergebnis führen. Daher konzentrierte sich die vorliegende Forschungsarbeit zusätzlich auf das Training und die Entwicklung eines auf künstlicher Intelligenz (SCNN: Shallow convolutional neural network) basierenden Hochdurchsatzmodells zur Quantifizierung der Resistenzeigenschaften gegen den Erreger des Falschen Mehltaus (Zendler et al., 2021). Das Modell erreicht eine Gesamtvorhersagegenauigkeit von 97 %. Die Leistung des SCNN-Modells wurde durch eine hohe und signifikante Korrelation mit den Daten von unabhängig bewertenden Experten nachgewiesen. Dieses SCNN-Modell, in Kombination mit einem automatisierten Bildgebungssystem, bietet eine hohe Genauigkeit und verringert den Zeitaufwand für die Phänotypisierung. Die Pipeline ist daher ein wertvolles Instrument für die Forschung in der Rebenzüchtung.
Als zusätzlicher Aspekt dieser Arbeiten wurde ein auf Convolutional Neural Network (ResNet-CNN) basierendes Analysemodell für die Quantifizierung von Blatthaaren entwickelt, da bisher keine genauen und präzisen Werkzeuge zu deren Phänotypisierung zur Verfügung standen (Malagol et al., 2023, in Vorbereitung). Die Gesamtvorhersagegenauigkeit des Modells beträgt 95,41 %. Die Validierung und die Kreuzvalidierung mit zwei Experten und zwei Nicht-Experten zeigten eine außergewöhnliche Korrelation (R = 0,98 und R = 0,92, RMSE 8,20 bzw. 14,18). Die berechneten absoluten Fehler weisen eindeutig auf eine durch die Subjektivität bedingte Verzerrung hin. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das entwickelte ResNet-CNN in der Lage ist, die objektive Phänotypisierungsgenauigkeit für das Merkmal „Dichte der Blatthaare“ zu verbessern und eine präzisere Analyse des Merkmals zu ermöglichen (Annex III & Annex IV). Damit steht ein neues Werkzeug zur Verfügung, das die Voraussetzungen für die genetische Analyse der Dichte der Blattbehaarung als physische Barriere gegen P. viticola schafft.
Downy mildew of grapevines is one of the most destructive diseases caused by an obligate biotrophic oomycete Plasmopara viticola, triggering severe yield loss. Regular applications of fungicides are necessary to prevent such losses, but this leads to severe environmental issues and decreased social acceptance. As a potential equivalent to traditional downy mildew management strategies, cultivars with durable resistance could contribute to sustainable and environmentally friendly viticulture. It is, therefore, common for grapevine breeders to develop fungus-resistant varieties utilizing naturally occurring resistance from wild species. Therefore, the primary breeding goal is to identify new resistances with different defence mechanisms and stack them in new varieties to prevent disease outbreaks and resistance-breaking isolates, thus minimizing fungicides in viticulture. Heretofore, more than 30 resistance loci against P. viticola have been already discovered. In this study, the bi-parental F1 population (‘Morio Muskat’ x COxGT2 (V. coignetiae x ’Gewürztraminer’)) Gf.2018-063 was investigated to identify and map resistance to P. viticola. The source of resistance is the East Asian wild species Vitis coignetiae. In addition to 109 simple sequence repeats (SSR) markers, 647 transferrable RNase H2-dependent amplicon sequencing (rhAmpSeq) markers are implemented in the creation of a genetic map. The resulting high-resolution rhAmpSeq map spanned a total map length of 1147.36 cM, comprising 19 linkage groups and an average distance between loci of 3.2 cM. Using each linkage map separately and three years of leaf disc assay based phenotypic data, quantitative trait locus (QTL) analysis was performed resulting in a consistent and highly significant QTL on chromosome 14 with an explained phenotypic variance of up to 36.4 %. This QTL does not share any SSR marker alleles with the pre-existing East Asian V. amurensis derived Rpv8 and Rpv12 QTLs on chr. 14. Therefore, it was designated as Rpv32 (Resistance Plasmopara viticola 32) (Malagol et al., 2023, in preparation). SSR and rhAmpSeq markers identified in this research work can be exploited in Marker-assisted selection (MAS) for introgression of Rpv32 into breeding lines and stacking resistances.
Furthermore, microscopic staining studies at various time intervals and quantitative analysis of P. viticola (5 dpi) demonstrated and confirmed that the genetically identified resistant parental genotype (COxGT2), in contrary to the second parental genotype (‘Morio Muskat’), prevents pathogen proliferation.
Moreover, the population utilized in this study showed segregation for the morphological trait leaf hair and a significant QTL was identified on LG 5 with an explained variance of 24 % (ribbon trichome). The hypothesis that leaf hair serves as physical barrier against P. viticola was tested in all three years. However, no strong association was observed between the leaf hair density and P. viticola infection on the leaf discs.
When different people work on phenotypic data evaluation in various years, traditional phenotyping methodologies turn out not only to be time-consuming and labor-intensive, but also immensely subjective. This subjectivity tends to introduce statistical noise and bias into the final analytical result. Therefore, this research also focused on training and developing a high-throughput SCNN (shallow convolutional neural network) based model for downy mildew disease quantification (Zendler et al., 2021). The model achieved an overall prediction accuracy of 97 %. The SCNN model performance was demonstrated by a strong and significant correlation with independently evaluated experts’ data. This SCNN model in combination with an automated imaging system, shows accuracy and potential reduction in time spent on phenotyping. This pipeline serves as a valuable tool in grapevine breeding research.
As an additional aspect of this research, a Residual Networks-based Convolutional Neural Network (ResNet-CNN) for leaf hair quantification was developed due to the lack of accurate and precise tools available (Malagol et al., 2023, in preparation). The model achieved an overall prediction accuracy of 95.41 %. The validation and cross validation with two expert and two non-experts showed exceptional correlation (R = 0.98 and R = 0.92, RMSE 8.20 and 14.18, respectively). The absolute errors calculated clearly indicated bias introduced due to the subjectivity. To conclude, the developed ResNet-CNN is capable of enhancing objective phenotyping accuracy for leaf hair density, allowing for a more precise analysis of this trait (refer to Annex III & Annex IV)
Impact of camelina (Camelina sativa (L.) Crantz, Brassicaceae) on the diversity of pollinators (Apidae & Syrphidae) in camelina-pea mixed crop cultivation
Get PDFDer Rückgang von Insekten gibt Anlass dazu insektenfreundliche Anbausysteme in Agrarlandschaften zu etablieren, um Bestäuber nachhaltig zu fördern und Ökosystemleistungen zu stärken. Die Studie sollte klären, ob der zusätzliche Anbau von Leindotter in Erbsenkulturen die Vielfalt von Wildbienen und Schwebfliegen nachweislich erhöht. In drei aufeinander folgenden Versuchsjahren wurde die Diversität der Bestäubergemeinschaft in Leindotter-Erbsen-Mischfruchtkulturen, reinen Erbsenkulturen und reinen Leindotterkulturen anhand von standardisierten Methoden wie Farbschalen- und Sichtfängen erhoben und analysiert. Auch der Blattlausbefall, sowie Blattlausprädatoren und Tagfalter wurden erfasst. Der Vergleich der Bestäuber zeigt in Mischfruchtkulturen eine Erhöhung der Artenzahlen in allen drei Untersuchungsjahren sowie der Individuenzahlen in den Jahren 2020 und 2021 gegenüber reinen Erbsenkulturen. Berechnete Diversitätsindizes (Shannon-Wiener-Index Hs und Evenness E) lagen im Durchschnitt für Leindotter-Erbsen-Kulturen bei Hs = 2,86 mit E = 0,72 und somit deutlich höher als für Erbsenkulturen, mit Hs = 2,39 und E = 0,65. In den reinen Leindotterkulturen profitieren auch Tagfalter deutlich vom zusätzlichen Blütenangebot. Die Studie legt dar, dass der Anbau von Leindotter wertvolle Blütenressourcen schafft, welche nachweislich von einer diverseren Bestäubergemeinschaft genutzt werden, wodurch die Biodiversität in Agrarlandschaften gestärkt werden kann.The decline in insects forces the establishment of insect-friendly cultivation systems in agricultural landscapes in order to support pollinating insects and preserve ecosystem services. The study aims to clarify whether the additional cultivation of camelina in pea crops increases the diversity of wild bees and hoverflies. Abundance and diversity were considered and evaluated in camelina-pea mixed crop cultures, pea cultures and camelina cultures in three consecutive years by using standardized methods such as pan traps and visual catches. Aphid infestation, aphid predators as well as butterflies were also recorded. The comparison of pollinators shows an increase in species numbers in all three years of collection as well as in the number of individuals in 2020 and 2021 in mixed crops compared to pea crops. Calculated diversity indices (Shannon-Wiener-Index Hs and Evenness E) averaged Hs = 2.86 with E = 0.72 for mixed crops and thus higher than for pea crops, with Hs = 2.39 and E = 0.65. In camelina crops, also butterflies benefit visibly from the additional offer of flowers. The study demonstrates that additional cultivation of camelina provide necessary flowering resources, that have been shown to be used by a more diverse pollinator community, thereby supporting biodiversity in agricultural landscapes
Molecular identification of Penicillium species associated with blue mold on grapes in German vineyards
Get PDFSpecies of 788 Penicillium strains from grape bunches affected by blue mold in German wine growing regions were identified by PCR based molecular methods. P. expansum was the most common species (n = 733) on the grapes and could be identified by species specific PCR of the polygalacturonase gene certainly (Marek et al., 2003). Eleven further species, P. minoluteum, P. crustosum, P. commune, P. purpurogenum, P. solitum, P. spinulosum, P. brevicompactum, P. chrysogenum (on flower residues only), P. aurantiogriseum, P. thomii/P. purpurescens, and P. janthinellum/P. griseovulvum, could be identified by different molecular methods. However, the identification of these species and the discrimination of closely related species by ITS sequencing was time consuming and not possible in each case. Therefore, a new molecular method based on an amplification of a cytochrome oxidase gene (cox1) sequence by PCR followed by a single restriction with HpyF3I or triple digestion with HpyF3I, BspT1, and BsmI was established. This method allows a fast and reliable distinction of the most common Penicillium species occurring on affected grape bunches in German wine growing regions, and allowed a discrimination of closely related species such as P. crustosum and P. commune, respectively
Ultrasound-assisted extraction and (U)HPLC-DAD-ESI-MSn analysis of phenolic compounds from black chokeberries cultivated in Turkey
Get PDFPhenolic compounds from two black chokeberry cultivars \u27Viking\u27 and \u27Nero\u27 grown in Turkey were analyzed by high performance liquid chromatography-diode array detection-electrospray ionization-multistage mass spectrometry (HPLC-DAD-ESI-MSn). In the first step, five different solvents were compared to efficiently isolate phenolic compounds by ultrasound-assisted extraction. Three sequential extraction cycles using methanol/formic acid (95:5, v/v) sufficed for exhaustive extraction of anthocyanins, hydroxycinnamic acid derivatives, and flavonol glycosides from black chokeberry within merely 60 sec. A total of four cyanidin glycosides, two hydroxycinnamic acids, and five quercetin mono- and diglycosides were detected in both cultivars. Total anthocyanins (425-438 mg/100 g of fresh weight, FW), hydroxycinnamic acids (173-179 mg/100 g of FW), and flavonols (37 mg/100 g of FW) were determined in a similar range for both cultivars. Complementary, a rapid ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC)-DAD method was developed, permitting a high throughput screening of chokeberry phenolics. The established methods were validated considering extraction recoveries, intra- and inter-day repeatability, calibration linearity, limit of detection (LOD), and limit of quantitation (LOQ). UHPLC provided a 2.3 times faster compound separation (30 min) and less solvent consumption than HPLC (68 min)
Typology of urban agriculture in Germany
Get PDFDie Formen der stadtregionalen, d. h. stadtnahen ruralen, peri-urbanen und intra-urbanen Landwirtschaft („urbanen Landwirtschaft“), wurden in dieser Studie auf der Basis einer Online-Recherche qualitativ erfasst.Die Formen der Landwirtschaft wurden Hauptakteuren und deren Hauptintention zugeteilt. Als Hauptakteure wurden gewinnorientierte Betriebe, nicht-gewinnorientierte Initiativen des urbanen Gärtnerns, einschließlich inklusiver, gemeinwohlorientierter Unternehmen, und die Verwaltungen der Städte und Kommunen benannt.In der Stadtregion bewirtschaften landwirtschaftliche Initiativen sowohl Freilandflächen als auch Gewächshausflächen, arbeiten gebäudeintegriert oder gebäudegebunden. Sie nutzen Freiflächen, Käfige, Stallungen, Pflanzenwachstumskammern oder kombinierte Systeme wie Aquaponik zur Herstellung vielfältiger Produkte. Sie verwenden Boden, Erden und Substrate, Hydrokulturmedien oder Nährmedien.Ihre Leistungen reichen von der Produktion ackerbaulicher und gartenbaulicher Kulturen bis hin zur Tierhaltung; Verarbeitung und Veredelung von Rohstoffen sind eingeschlossen. Die Rohstoffe dienen zur Nahrungserzeugung für Menschen, als Tierfutter oder zur Energieerzeugung. Naturschutz- und Biodiversitätsleistungen werden zunehmend integriert. Hinzu kommen soziale Leistungen. Für die Ausrichtung vieler Initiativen kommt Fördermaßnahmen eine wichtige Rolle zu.Nicht-gewinnorientiertes, urbanes Gärtnern findet im öffentlichen Raum, Gemeinschaftsgärten, Hausgärten und Kleingärten statt. Hier stehen Fragen der Lebensgestaltung, Selbstverwirklichung, Partizipation und Kooperation, Selbstversorgung, Gestaltung des Umfeldes und Naturerfahrung im Mittelpunkt.Die Gemeinwohl-orientierte Arbeit der Städte und Kommunen selbst führt im Sinne der Daseinsvorsorge zu Programmen und Konzepten, aber auch eigenen Maßnahmen, die den Rahmen für die urbane Landwirtschaft darstellen. Dazu werden Leitkonzepte wie die Essbare Stadt, stadtregionale Ernährungsstrategien, Ernährungsräte, Schwammstadt oder Grüne Stadt angepasst und weiterentwickelt.Die gezielte Ansprache, Vernetzung und ggf. finanzielle Förderung der ökonomisch arbeitenden Betriebe, der sozial-orientiert arbeitenden urbanen Gärtnerinnen und Gärtner und der gemeinwohl-orientierten Städte und Kommunen, die die Rahmenbedingungen für die urbane Landwirtschaft schaffen müssen, können die urbane Landwirtschaft in ihrer Multifunktionalität unterstützen und ihr vielfältiges Potenzial zeitnah und effizient weiterentwickeln.The types of the city-regional, i.e. city-near rural, peri-urban and intra-urban agriculture (“urban agriculture”) were qualitatively recorded in this study on the basis of an online research.The types of agriculture were assigned to main actors and their main intention. Profit-oriented companies, non-profit-oriented urban gardening initiatives and the administrations of the cities and municipalities were named as the main actors.The companies manage both open land areas and greenhouse areas, work in building-integrated or building-bound agriculture. They use open spaces, cages, stables, plant growth chambers or combined systems such as aquaponics to produce a wide variety of products. They use soil, substrates, hydroponic media or growing media. Their services range from the production of arable and horticultural crops to animal husbandry; Processing and refining of raw materials are included. The raw materials are used to produce food for humans, animal feed or to generate energy. Nature conservation and biodiversity services are increasingly being integrated. There are also social benefits. Funding measures play an important role in the orientation of many companies.Not-for-profit, urban gardening takes place in public spaces, community gardens and in house and allotment gardens. The focus here is on questions of lifestyle, self-realization, participation and cooperation, self-sufficiency, shaping the environment and experiencing nature.The common good-oriented work of the cities and municipalities themselves leads to programs and concepts in terms of services of general interest, but also to their own measures that represent the framework for urban agriculture. For this purpose, guiding concepts such as the edible city, urban-regional food systems, food councils, sponge city or green city concepts are adapted and further developed.The targeted addressing, networking and, if necessary, financial support of the economically working farms, the socially oriented working urban gardeners and the public welfare-oriented cities and municipalities that have to create the framework conditions for urban agriculture appear to be of central importance in order to support and promote agriculture in its multifunctionality and to develop its huge potential
The impact of Quercus pubescens wood chips on chemical and sensory characteristics of a Serbian Kadarka red wine during aging: A comparison with other oak species (Q. petraea, Q. alba, and Q. pyrenaica)
Get PDF\u27Kadarka\u27 (Vitis vinifera L.) is a red grape variety considered native for the countries on the lower reaches of the Danube River (east of Europe). However, there is very limited knowledge about the evolution of the wines produced from this variety during aging in contact with oak wood. Thus, the aim of this work was to investigate under laboratory conditions the changes in phenolic, volatile, and sensory profile of a Kadarka wine during 180 days in contact with 4 different oak chip species: Q. petraea (French and Hungarian origin), Q. alba, Q. pyrenaica and Q. pubescens. In addition, there is a scarce knowledge about the use of Q. pubescens species in enology. So, another objective was to assess its impact on wine composition. Independently of the oak chip species used, the results obtained demonstrated a decrease of anthocyanin content and an increase of gallic, caffeic and p-coumaric acids during 180 aging days for all wines with oak chips contact. Significantly higher amounts of vanillin in wines aged in contact with Q. petraea from France and Q. alba chips was detected, while wine aged in contact with Q. pubescens chips showed significantly higher amounts of furan derivatives, trans-β-methyl-γ-octalactone and eugenol. From a sensorial point of view, a tendency for higher scores for overall appreciation was obtained for wines aged in contact with Q. petraea chips. The outcomes of this work improved the knowledge of the Kardaka wine characteristics and their evolution in contact with different oak chips and also expanded the knowledge about the use of Q. pubescens in enology
Characterization of Japanese soil-borne wheat mosaic virus movement protein and investigation of interacting host-plant factors
No full textDas japanische bodenbürtige Weizenmosaik Furovirus (JSBWMV) infiziert neben Weizen auch Gerste. Es wird von dem obligaten Wurzelparasiten Polymyxa graminis übertragen. In Gerste sind sowohl gegen das Virus als auch gegenüber dem Vektor P. graminis keine Resistenzen bekannt. Um die Infektion des zweiteiligen RNA-Virus besser zu verstehen, wurde in dieser Arbeit die Wechselwirkung zwischen dem Virus und der Modellpflanze Nicotiana benthamiana untersucht. Die Ausbreitung des Virus von Zelle zu Zelle und über längere Distanzen ist wichtig für das Virus, um die Infektion zu etablieren. Um sich in der Pflanze verbreiten zu können, exprimieren Viren sogenannte „movement proteins“ (MP). Für das MP des JSBWMV, welches zur 30K MP-Familie gehört, wurde in dieser Arbeit eine Lokalisation an Plasmodesmen, den Zell-Zell Kontakten zwischen Pflanzenzellen und an Punkten in der Plasmamembran gezeigt, bei der ebenfalls eine Interaktion des MP mit sich selbst beobachtet wurde. Die Bedeutung von MPs für den interzellulären viralen Transport und Schutz der viralen RNA werden durch die Ergebnisse unterstützt. Um Erkenntnisse über die Interaktion zwischen dem JSBWMV MP und der pflanzlichen Zelle zu erlangen, wurden MP-interagierende RNAs und Proteine identifiziert. Für das JSBWMV MP wurden bindende RNA-Moleküle identifiziert, welche für potentielle Transkriptionsfaktoren kodieren. Zwei interagierende Proteine wurden mittels Massenspektrometrie gefunden und die Interaktion konnte in weiteren Experimenten bestätigt werden. Das „pentatricopeptiderepeat-containing Protein“ (PPR), gehört wahrscheinlich zur P-Klasse der PPR-Proteine. Für das N-terminal Fluoreszenz-markierte PPR wurde eine Lokalisation im Zytoplasma und an Plasmodesmen beobachtet, während für das C-terminal Fluoreszenz-markierte PPR eine chloroplastidäre Lokalisation gezeigt wurde. Das PPR-Protein spielt möglicherweise eine Rolle in der Regulation von mRNA in den Chloroplasten. Darauf deuten RNA-Immunpräzipitationen (RIPs) hin, in denen interagierende RNA-Moleküle identifiziert wurden. Das „heat shock protein 70“ (HSP70) gehört zu den Chaperonen und eine zytoplasmatische und eine Kern-Lokalisation konnte experimentell beobachtet werden. Eine erhöhte Expression vom HSP70 in N. benthamiana als Reaktion auf die über-Expression von JSBWMV MP wurde gezeigt. RIP-Experimente weisen auf die Rolle des HSP70 im pflanzlichen Immunsystem hin. Als Interaktionspartner von HSP70 als auch MPJSBWMV wurden beta-1,3-Glucosidase RNAs identifiziert. Beta-1,3-Glucosidasen sind Hauptakteure in der Regulation der Plasmodesma-Öffnungsweite und stellen einen Link zwischen den beiden Proteinen und Plasmodesmen her. Die erlangten Ergebnisse über die Wechselwirkung zwischen dem MP vom JSBWMV und den pflanzlichen Interaktionspartnern PPR und HSP70 geben Einblicke in das Infektionsgeschehen von JSBWMV. Die Erkenntnisse können in Zukunft dafür genutzt werden, neue Abwehrstrategien gegen das Virus in der Pflanze zu entwickeln.
Diese Dissertation wurde nur als Druckausgabe veröffentlicht.The Japanese soil-borne wheat mosaic virus (JSBWMV) is a cereal virus infecting barley as well as wheat. The virus belongs to the genus Furovirus and is transmitted by the obligate biotrophic root parasite Polymyxa graminis. For the agriculturally important crop barley, no resistances against JSBWMV or its vector P. graminis are known. In this work the infection of the bipartite positive-stranded RNA virus JSBWMV was investigated to understand the interplay between the virus and the host-plant. Nicotiana benthamiana was used as model host. For the viral life cycle the movement of the virus over short distances as well as long distances is important to efficiently establish infection. Viruses encode “movement proteins” (MP) which facilitate the movement processes. For the JSBWMV MP, belonging to the 30K MP-family, a localization to plasmodesmata and to punctuate spots in the plasma membrane was observed. The importance of MPs for intercellular transport of viruses and protection of viral RNA are supported by these results. At both cellular localizations a self-interaction was revealed, which was not shown for a furoviral MP before. To understand the interplay of the virus with the plant cell, interacting RNA and proteins were identified using co-immunoprecipitation (IP) techniques. The experiments showed that the MP interacts with RNAs, which potentially encode transcription factors. Two interacting plant proteins were identified and the interaction was confirmed in further experiments. The potential P-type “pentatricopeptiderepeat-containing protein” (PPR) localized to two distinct subcellular localizations. The C-terminal tagged PPR localized to the chloroplast, while a distribution to the cytoplasm and to plasmodesmata was observed for the N-terminal tagged PPR. RNA-IPs identified interacting RNA-molecules and indicated that the PPR-protein possibly plays a role in regulating mRNA in the chloroplast. The “heat shock protein 70” (HSP70) is a chaperone and experiments displayed a cytoplasmic and nuclear localization. The protein is upregulated in response to the over-expression of the JSBWMV MP and RNA-IP-experiments highlight the role of HSP70 in the plant defense. Interestingly, RNAs interacting with both, MP and HSP70 allowed establishing a link between these two proteins and beta-1,3-glucosidase, one of the main regulators of plasmodesmata size exclusion limit. The results obtained for the JSBWMV MP and the host-plant interacting proteins PPR and HSP70 allow a deeper insight into the interaction of MP with the host cell in the viral infection. This knowledge may in the future be developed into new resistance strategies against JSBWMV.
This dissertation was only published as a printed edition
Correction to Harbart et. al (2022)
No full textA corrected version of the article "Antifogging additives for greenhouse covers - effects on phytochemicals and nutritional quality of lettuce" by Vanessa Harbart, Hans-Peter Kläring and Susanne Baldermann has been issued.
Although every effort was made to ensure the accuracy of the information, an unintentional error was overlooked during the rigorous review process and incorrect data for Daily light integral (DLI) was printed in Tab. 1 of the published version from Jun 15, 2022. The authors sincerely apologize for any confusion or inconvenience caused by this oversight. The corrected data for Daily light integral (DLI) is published in the corrected version from June 12, 2023. The change does not affect other data in this article or its overall conclusions.
Both versions are available at https://doi.org/10.5073/JABFQ.2022.095.01
