Forschungs- und Innovationsprojekt
Monitoring von Ährenfusariosen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden

Schnelle und spezifische quanitative Realtime-PCR-Verfahren wurden für F. graminearum und Trichothecen-bildende Fusarien-Arten entwickelt und für den Einsatz in der Routinediagnostik etabliert.

Neu etablierte PCR-Verfahren für die Analyse von Freilandproben
Mit Hilfe der neuen quantitativen Realtime-PCR-Verfahren wurde im Rahmen von Feldversuchen über drei Vegetationsperioden hinweg die Entwicklung des Fusarium-Befalls nach künstlicher Inokulation an den Standorten Frankendorf und Osterseeon an unterschiedlich Fusarium-anfälligen Sorten (’Complet’ und ’Petrus’ in den Jahren 2004/2005 bzw. ’Complet’ und ’Solitär’ im Jahr 2006) verfolgt. Parallel dazu wurde die Aktivität des Tri5-Gens mittels quantitativer RT-PCR und über kompetitiven ELISA die DON-Produktion untersucht.

Als Folge der im Frühjahr durchgeführten künstlichen Inokulation kam es in allen Versuchsjahren zu einer Infektion der Weizenpflanzen, die in den Ähren über den PCRNachweis von F. graminearum- und Tri5-DNA eindeutig festgestellt wurde. Bei beiden Sorten war an beiden Standorten ein Anstieg des Befalls im Laufe der weiteren Ährenentwicklung zu beobachten, der mit einer polynomischen Funktion mehr oder weniger gut beschreibbar war. Zudem konnte stets ein deutlicher Anstieg des DON-Gehaltes in den Ähren gemessen werden, der in zeitlichem Zusammenhang mit der Befallsentwicklung stand. Die Akkumulation des Toxins geht folglich größtenteils mit dem Wachstum des Pilzes einher. Am Ende der Vegetationsperiode wurde in jedem Fall der derzeitige Höchstwert für DON in Getreide überschritten. Angaben für die Festlegung eines frühest möglichen Termins zur Prognose der DON-Belastung zur Ernte können aufgrund der vorliegenden Daten nicht gemacht werden. Grundsätzlich sind frühzeitige Prognosen, die zudem nur auf wenigen Messwerten basieren, kritisch zu betrachten. Allerdings können schon vor der Ernte gemessene hohe DON-Gehalte als „Warnsignal“ gewertet werden.

Hinsichtlich der Entwicklung von F. graminearum in der Pflanze wie auch des Verlaufs der DON-Produktion waren signifikante Unterschiede zwischen den Sorten, den Standorten und den Anbaujahren zu erkennen. Teilweise wurden dabei signifikante Wechselwirkungen zwischen Sorte und Jahr bzw. Standort und Jahr festgestellt. Unterschiede in der Aktivität des „Mycotoxin-Gens“ Tri5-Gen, die durch einen mehr oder weniger konstanten Anstieg ab Mitte Blüte/Mitte Milchreife und ein nachfolgendes Absinken auf das anfängliche Niveau charakterisiert war, bezogen auf Standort, Sorte oder Anbaujahr waren größtenteils nicht statistisch abzusichern. Eine Korrelation des Maximums der Tri5-Genexpression und des DON-Gehalts der Körner am Ende der Vegetationsperiode ließ sich nicht feststellen. Möglicherweise spielten hier methodisch bedingte Unwägbarkeiten eine Rolle. Die gewonnenen Ergebnisse weisen mehr oder weniger deutlich auf einen zeitlichen Zusammenhang zwischen der Entwicklung des Fusarium-Befalls, der Aktivität der Mykotoxin-Gene und der DON-Produktion hin.

Unterschiede in der Aktivität des „Mycotoxin-Gens“ Tri5-Gen, die durch einen mehr oder weniger konstanten Anstieg ab Mitte Blüte/Mitte Milchreife und ein nachfolgendes Absinken auf das anfängliche Niveau charakterisiert war, bezogen auf Standort, Sorte oder Anbaujahr waren größtenteils nicht statistisch abzusichern. Eine Korrelation des Maximums der Tri5-Genexpression und des DON-Gehalts der Körner am Ende der Vegetationsperiode ließ sich nicht feststellen. Möglicherweise spielten hier methodisch bedingte Unwägbarkeiten eine Rolle. Die gewonnenen Ergebnisse weisen mehr oder weniger deutlich auf einen zeitlichen Zusammenhang zwischen der Entwicklung des Fusarium-Befalls, der Aktivität der Mykotoxin-Gene und der DON-Produktion hin.

Die im Rahmen des Projekts erarbeiteten und für die Anwendung in der Routine etablierten qualitativen und quantitativen PCR-Techniken stellen eine Bereicherung der Fusarium-Diagnostik an der LfL dar. Die unter natürlichen Freilandbedingungen dreijährigen, von Beginn des Ährenschiebens bis zur Ernte kontinuierlich durchgeführten epidemiologischen Untersuchungen zur Entwicklung des Fusarium-Befalls sind bislang einzigartig. Aufgrund des engen Beprobungsschlüssels war es möglich, die Entwicklung des Pilzes in den Weizenpflanzen zeitnah zu verfolgen und zeitliche Zusammenhänge zwischen Fusarium-Etablierung im Wirt, Tri5-Genaktivität und DON-Produktion zu erkennen.

Standort und Sorte wurden als wesentliche, das gesamte Befallsgeschehen beeinflussende Faktoren identifiziert. Die festgestellten Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsjahren weisen auf die Witterung als zusätzlichen Einflussfaktor hin. Die beobachteten Wechselwirkungen zwischen Standort, Sorte und Jahr verdeutlichen die Komplexität des Befallsgeschehens und zeigen klar, wie schwierig es ist, zuverlässige Prognosen für Fusarium-Befall und DON-Belastung abzugeben. Erhebliche Forschungsarbeiten sind weiterhin notwendig, bis der Praxis ein zuverlässiges Prognosemodelle zur Verfügung gestellt werden kann. Die in dem Projekt erarbeiteten Daten leisten hierfür einen wesentlichen Beitrag.

Ausführliche Darstellung der Projektarbeiten und Ergebnisse

Untersuchungen zur epidemiologischen Entwicklung von Fusarium sp. in Weizen während der Vegetationsperiode und im Erntegut mit Hilfe molekularer Methoden (Dissertation Dr. Astrid Bauer)