Ramularia collo cygni (Rcc), der Erreger der Sprenkelkrankheit an Gerste, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Das pilzliche Pathogen wird den Deuteromyceten zugeordnet. Typisch für die Krankheit ist ein auffallend spätes Auftreten von Symptomen in der Vegetationsperiode. Nach Abschluss der Blüte nimmt die Befallsstärke stark zu, was sich in einer Verbräunung und Absterben der Blätter innerhalb von 12 Tagen zeigt. Klassische Untersuchungsmethoden der Rcc-Gerste-Interaktion werden kontinuierlich durch molekulare Untersuchungen zur Befallsdynamik unterstützt. So stehen seit kurzem PCR-basierte Verfahren zum Nachweis von Rcc in Pflanzengewebe zur Verfügung. Ziel dieses Projektes waren Untersuchungen zur Epidemiologie und Pathogenität von Rcc, weiterhin wurde die Herkunft des Inokulums und die Verbreitung des Pathogens untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung von robusten Phänotypisierungs-Assays zur Bewertung der Resistenz unterschiedlicher Gersten-Genotypen sowohl unter Gewächshaus- als auch unter Feldbedingungen. Zunächst wurde eine auf SYBR-Green basierende quantitative Real-Time PCR (qPCR)-Methode zum Nachweis von pilzlicher DNA in Pflanzengewebe entwickelt. Die Nachweisgrenze der pilzlichen DNA lag hier bei 0,1 pg in Flüssigkultur, sowie in Pflanzengewebe und in Samenmaterial; auch in Regenwasser und Schnee konnte diese DNA-Konzentration noch nachgewiesen werden. Mittels qualitativer PCR konnte eine Übertragung des Pathogens von Samen auf Keimlinge gezeigt werden. Die Untersuchungen bestätigten auch, dass die weitere Ausbreitung des Pathogens in älteren Pflanzen ohne Ausbildung von Symptomen erfolgte. Unter Gewächshausbedingungen traten in infizierten Pflanzen erste Symptome erst zur Abreife und Kornentwicklung auf. Eine Desinfektion der Samen mit heißem Wasser führte nicht zur Abtötung von Rcc und somit zur Verbreitung des Pathogens in der Pflanze. In weiteren Untersuchungen wurde die Wirkung von Saatgutbehandlung und Blattfungiziden zu unterschiedlichen Entwicklungsstadien der infizierten Pflanze getestet. Die Beizmittel Zardex G (Cyproconazol und Imazalil) und das systemische Blattfungizid Proline (Prothioconazole) wurden zu unterschiedlichen Wachstumsphasen der Pflanze appliziert und die Verbreitung von Rcc mittels Real-Time PCR analysiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Fungizide bei separater Anwendung keine Wirkung hatten, eine Kombination der beiden Pflanzenschutzmittel jedoch Effekte zeigte. So konnte nach Beizung mit Zardex G und anschließender Anwendung von Proline im Wachstumsstadium 39-41 ein starker inhibitorischer Effekt auf das pilzliche Wachstum demonstriert werden. In einer weiteren Studie wurde die Verbreitung und Mobilität von Rcc Inokulum über die Luft mittels Sporenfallen untersucht, die entweder in der Nähe eines Gerstenfeldes oder weiter enfernt aufgestellt wurden. Im späten Herbst und in den Wintermonaten wurden Sporen von Rcc in größerer Entfernung von Gerstenfeldern und in höheren Lagen nachgewiesen. Rcc Inokulum ist demnach weit verbreitet und kann auch über größere Distanzen durch die Luft, im Regenwasser oder Schnee transportiert werden. Interessanterweise ist Inokulum auch auch in kühleren Jahreszeiten nachweisbar. Zur Identifizierung resistenter Genotypen erfolgten Phänotypisierungen von Blattsegmenten in der Klimakammer und parallel dazu wurden Screenings unter Feldbedingungen im Reifestadium 73-75 durchgeführt. Es konnten signifikant unterschiedliche Anfälligkeiten gegenüber Rcc sowohl im Feld, als auch unter kontrollierten Bedingungen im Gewächshaus und der Klimakammer gezeigt werden. So konnten einige Genotypen identifiziert werden, die besonders gute Resistenzen aufwiesen wie z. B. die Sorte IPZ 24727. Eine signifikante Korrelation konnte zwischen den Gewächshausdaten (Inokulation ganzer Pflanzen) und den Felddaten 2009 (p=0,005, rs=0,483) und 2010 (p=0,03, rs=0,384) nachgewiesen werden. Ein Vergleich der Daten des Blattsegment-Assays und der ermittelten Befallsstärke im Gewächshausversuch zeigte eine signifikante Korrelation (p=0,0002, rs=0,592). Darüber hinaus korrelierten die Werte des Assays mit den Felddaten aus dem Jahr 2009 (p=0,0005, rs=0,576) und 2010 (p=0,002, rs=0,513). Eine signifikante Korrelation wurde auch zwischen den Daten der Feldversuche der beiden untersuchten Jahren gezeigt (p=0,04, rs= 0,419). Mittels qPCR wurde Rcc in allen getesteten Genotypen nachgewiesen, d.h., dass keiner der Genotypen komplett resistent war. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Nachweis des Pathogens in frühen Wachstumsstadien bereits vor der Symptomausbildung mittels PCR möglich ist. QPCR Analysen zeigten eine starke Korrelation (p=0,00179, rs=0,851) zwischen den visuellen Boniturdaten und der pilzlichen DNA-Konzentration im F-1Blatt. Eine Anwendung der qPCR zur Selektion resistenter Gerste Genotypen ist daher möglich. Weiterhin wurde mittels HPLC eine neue Detektionsmethode für das Rcc Phototoxin Rubellin entwickelt. Mit dieser sensitiven Methode konnten Konzentrationen des Toxins bereits vor der Symptomausbildung in frühen Wachstumsstadien der Pflanze nachgewiesen werden. Die gemessenen Toxinwerte in infiziertem Blattgewebe korrelierten stark mit den Werten der Sichtbonitur (p=0,00005, rs=0,966657). Diese Methode ist daher zur Identifizierung von resistenten Gerste-Genotypen unter kontrollierten Bedingungen geeignet.

In the past two decades a new barley threat has emerged as the disease Ramularia leaf spot (RLS) became more prevalent in temperate regions worldwide. This disease, first identified in the late 19th century, is caused by the filamentous fungus Ramularia collo-cygni (Rcc) and can cause substantial yield losses as well as reduce grain quality. RLS typically occurs late in the growing season and characteristic disease symptoms are usually seen after the crop has flowered. Expression of RLS lesions is thought to be associated with the action of fungal secondary metabolism products. The one group of secondary metabolites (SMs) characterised to date from Rcc, the anthraquinone toxins rubellins, are known to cause necrosis to plant tissues in a non-host specific manner. Therefore, it appears that fungal secondary metabolism might be a key component in understanding the interaction between Rcc and its host. In this study, more than 23 core genes involved in the biosynthesis of SMs belonging to the polyketide and non-ribosomal peptide pathways were identified in the genome of Rcc. Putative clusters containing genes with a predicted function relating to secondary metabolism were identified by in silico genome walking in the genetic loci adjacent to Rcc SM core genes. Two gene clusters containing no SM core gene were also identified. Five of the putative SM clusters exhibited similarity to the known fungal SM biochemical pathways involved in gliotoxin, monodictyphenone, ferricrocin, betaenone and chaetoglobosins biosynthesis. Several gene clusters exhibited similarity to SM clusters from fungal species where the SM pathway is uncharacterised. Changes in transcript abundance of selected SM core genes during RLS development in artificially inoculated barley seedlings were tested. Transcript levels were found to be the highest at an early stage of disease development, typically during the asymptomatic and early lesions formation stages and declined over time, suggesting that the associated SMs in Rcc, may not necessarily be involved in symptoms appearance. The in planta mode of action of the non-host specific photoactivated toxin rubellin D was studied in the model plant Arabidopsis thaliana. Rubellin-induced cell death appeared phenotypically reminiscent of programmed cell death (PCD). Full expression of rubellin D-induced cell death required the host salicylic acid (SA) pathway and the host proteasome supporting the PCD response to this fungal SM. However, a clear correlation between toxin sensitivity and disease susceptibility could not be found, suggesting a potential alternative role for rubellin in disease symptom development.

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