Bacillus subtilis Stämme vom FZB - FZB24, FZB37 und FZB38 des FZB Biotechnik, Berlin - und ihre Stoffwechselprodukte wurden als Agenzien für eine Resistenzinduktion gegen Schädiger in drei Wirtspflanzen-Erreger-Systemen, Vicia faba - Uromyces appendiculatus, Vicia faba - Aphis fabae und Triticum aestivum - Rhopalosiphum padi untersucht. Prä-inokulativ wurden Blätter und Saatgut der Pflanzen mit den Testsubstanzen behandelt. Zur Testung gelangten Bakterien-Kulturfiltrat (KF), KF-Zenrifugationsüberstände, die vegetativen Zellen und Sporen der B. subtilis Stämme. Nach lokaler Applikation der KF-Überstände von B. subtilis auf die Wirtspflanzenblätter konnte eine erhebliche Breite antibiotischer (entwicklungshemmender) Wirkungen auf A. fabae und R. padi beobachtet werden. Eine Untersuchung der freien Aminosäuren im Phloemsaft von Vicia faba zeigte, daß sich nach Befall von Aphis fabae speziell bei den zuvor mit bakteriellem Kulturfiltrat und KF-Überstand behandelten Pflanzen im Vergleich zu der nur mit Wasser behandelten Kontrolle, die Konzentration von neun Aminosäuren änderte. / In topical and systemic plant treatment, in three host–parasite systems, i.e. Vicia faba - Uromyces appendiculatus, Vicia faba - Aphis fabae and Triticum aestivum - Rhopalosiphum padi the culture filtrate and supernatant of Bacillus subtilis (FZB24, FZB37 and FZB38 from FZB Biotechnik Berlin) was shown to inhibit the development of urediospores produced by Uromyces appendiculatus. The performance of Aphis fabae and Rhopalosiphum padi was evaluated using life table tests where the aphids'' development time (tD), pre-reproduction time (td), relative growth rate (RGR) and intrinsic rate of natural increase (rm) were assessed. A wide range of antibiosis effects in Aphis fabae and Rhopalosiphum padi was observed when the supernatant of Bacillus subtilis was used as foliar topical treatment. The tested aphids presented longer development and pre-reproduction time; conversely a lower relative growth rate and intrinsic rate of natural increase was observed. The investigation of the free amino acids of the phloem sap of V. faba plants, showed the concentration of the amino acid serine remained unchanged in the supernatant induced plants in this study, which was interpreted as the major reason for the observed antibiosis effect on the tested aphids.

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Die arbuskuläre Mykorrhiza (AM) ist eine mutualistische Symbiose, die die Phosphataufnahme und Pathogenresistenz von Pflanzen verbessern kann. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde die Rolle der Protonen-pumpenden ATPase MtHA1 für die AM Symbiose in Medicago truncatula untersucht. In MtHA1 Mutanten konnten AM Pilze nur noch verkürzte Arbuskel ohne typische Verzweigungen ausbilden. Dies zeigte sich auch in Expressionsmustern von Genen, die für Proteine in verschiedenen Bereichen der periarbuskulären Membran kodieren. Außerdem waren AM Pilzbesiedelung, die verbesserte Nährstoffaufnahme und die Wachstumsförderung in MtHA1 mutierten Pflanzen reduziert. Die Mykorrhiza-induzierte Resistenz (MIR) wurde näher in M. truncatula Pflanzen untersucht, die von Aphanomyces euteiches infiziert waren, dem Erreger einer Wurzelfäule in Leguminosen. In einem geteilten Wurzelsystem, das eine hohe Expression von Verteidigungsgenen aufwies, unterdrückte ein AM Pilz diese Expression und erhöhte in Folge die Empfindlichkeit für das Pathogen. In Wurzeln von Topfkulturen dagegen konnte eine typische MIR beobachtet werden, die wahrscheinlich auf erhöhter Aktivität der Jasmonat/Ethylen-regulierten Verteidigungsantwort beruht, verursacht durch eine Unterdrückung der Salizylsäuresynthese. Im Ergebnis zeigt diese Arbeit die bedeutende Rolle des Gens MtHA1 für die Bildung und Funktion der arbuskelhaltigen Zellen. Die Mutation des Gens führt zur verminderten Arbuskelverzweigung, reduzierter Phosphataufnahme und Wachstumsförderung in der Mykorrhiza und schließlich zu einer geringeren Gesamtbesiedelung durch den AM Pilz. Genexpressionsanalysen weisen darauf hin, dass unterschiedliche Mechanismen den lokalen und systemischen Wechselwirkungen zwischen AM Pilzen und Pathogenen in der Wurzel zu Grunde liegen. Verschieden physiologische Zustände von geteilten Wurzelsystemen und Wurzeln in Topfkulturen erschweren allerdings einen direkten Vergleich der beiden experimentellen Ansätze. / Arbuscular mycorrhiza (AM) is a wide spread mutualistic symbiosis, which can improve phosphate acquisition and pathogen resistance of plants. In the current Ph.D. thesis the role of a proton pumping ATPase (MtHA1) for the AM symbiosis in Medicago truncatula was investigated. In MtHA1 mutant plants, different AM fungi only developed truncated arbuscules without forming typical hyphal branches, and this phenotype was mirrored by expression patterns of genes for proteins located in different areas of the periarbuscular membrane. AM fungal colonization, improved phosphate uptake and plant growth promotion were reduced in MtHA1 mutant plants. Mycorrhiza-induced resistance (MIR) and the nodule symbiosis were, however, not affected. MIR was further analyzed in the M. truncatula infected with Aphanomyces euteiches which causes a root-rot disease in legumes. In a split root system showing high levels of defense-gene expression, colonization of an AM fungus reduced this expression and in consequence increased susceptibility of the roots for the pathogen. In roots of pot cultures, however, a typical MIR was observed and could be based on the higher activity of jasmonate/ethylene-regulated defense responses due to suppression of salicylic acid biosynthesis. In conclusion, this work shows that the gene MtHA1 encoding a proton pumping-ATPase plays a critical role in the formation and function of arbuscule-containing cells. Expression of the mutated gene results in reduced formation of arbuscule branches. This in turn negatively influences mycorrhizal phosphate uptake, plant growth promotion and overall mycorrhizal colonization of the roots. Gene expression analyses indicate that different mechanisms underlay local and systemic interactions between the mycorrhizal fungus and the root pathogen. The different physiological stages of pot culture and split root system make a comparison of the two experimental approaches, however, difficult.