Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Diese Arbeit untersucht die Reaktion der Stieleiche auf pflanzenparasitären Nematoden mittels RNA-Sequenzierung und Analyse von stabilen Isotopen und Fettsäuren. Einblicke in Rhizosphäreninteraktionen wurden über mutualistische Partner (Ektomykorrhizapilze, Rhizosphärenhelferbakterien), fungivore Collembolen und multitrophische Gemeinschaften gewonnen. Die Struktur und Biomasse der Mikroorganismen sowie die Fitness der Eichen wurden erfasst. Die Effekte wurzelfressender Nematoden auf die Eiche wurden durch das endogene rhythmische Wachstum des Baumes reguliert. Die Nematoden lösten eine stärkere Reaktion während des Sprosswachstumsschubs aus, u.a. Aktivierung von Abwehrmechanismen und Hemmung der Photosynthese, wohingegen beim Wurzelwachstumsschub pathogen bezogene Signale unterdrückt waren. Die Anwesenheit des Pilzsymbionten schwächte die Pflanzenabwehr und verbesserte die Stresstoleranz, was indirekt das Wachstum der Mikroorganismen förderte. Die Helferbakterien begünstigten den Mykorrhizapilz, was wiederum das Pflanzenwachstum stimulierte und dem negativen Effekt der Nematoden entgegenwirkte. Parasitäre Nematoden und fungivore Collembolen beeinflussten die Verteilung des pflanzlichen Kohlenstoffes unabhängig voneinander; Nematoden verringerten und Collembolen verbesserten die Allokation von Photoassimilaten in Gram-postiven Bakterien. Zudem war steigende trophische Diversität der Bodenfauna in der Rhizosphäre entscheidend für die Balance innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft, welche das Pflanzenwachstum fördert. Diese Arbeit stellt die Bedeutung der endogenen Ressourcenzuteilung von Pflanzen für unterirdische biotische Wechselbeziehungen heraus. Diese Pflanzenstrategie als bedeutender Faktor für Rhizosphärenprozesse sollte in zukünftige Studien Berücksichtigung finden. Die Einbeziehung der Hauptakteure in der Rhizosphäre ermöglicht zudem ein realistischeres Bild von Nematoden-Pflanzen Interaktionen und damit ein effektiveres Management. / This thesis investigated the response of Pedunculate oak to the plant-parasitic nematode Pratylenchus penetrans, using RNA-sequencing, stable isotope labelling and fatty acid analyses. Insight into rhizosphere interactions was gained by employing beneficial biotic partners (ectomycorrhizal fungi, rhizosphere helper bacteria), fungal grazers (Collembola) and multitrophic environments. Microbial biomass and community structure as well as oak fitness were assessed. The effects of root-feeding nematodes on oak were largely governed by the endogenous rhythmic growth of the tree. The nematodes triggered a stronger response during shoot flush, e.g. activation of multi-layered defence mechanisms and repression of photosynthesis, as compared to root flush where pathogen-related signalling was repressed. With the presence of the mycorrhizal symbiont plant defence was attenuated and stress tolerance enhanced, indirectly promoting the growth of rhizosphere microorganisms. The helper bacteria fostered the ectomycorrhizal fungus, which in turn stimulated plant growth, counteracting the negative effects of nematodes. Plant-parasitic nematodes and Collembola grazers had independent roles in plant carbon allocation patterns, with nematodes hampering whilst Collembola enhancing the flux of recent photoassimilates to Gram-positive bacteria. Lastly, increasing trophic diversity of the soil fauna in the rhizosphere of oaks was crucial for the maintenances of a microbial community equilibrium that promotes plant growth. In sum, this study highlights the importance of endogenous resource allocation pattern of plants in determining the outcome of belowground biotic interactions. Therefore such plant traits should be considered as important drivers for rhizosphere processes in future studies. Moreover, taking into account the rhizosphere main players in studies on parasitic nematode-plant interactions will result in a more realistic picture and thus more effective nematode management.

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Regelmäßige Bonituren haben gezeigt, dass virusverdächtige Symptome an Stieleichen, die zu etwa 90 % als chlorotische Ringflecken auftreten, im nord- und mitteldeutschen Raum weit verbreitet sind. In der vorliegenden Arbeit sollte der Erreger dieser Symptome isoliert und näher charakterisiert werden. Aus zwei Blattproben mit chlorotischen Ringflecken konnten stäbchenförmige Viruspartikeln mit einer Länge von ca. 450 nm isoliert und auf krautige Indikatoren übertragen werden. In einer RT-PCR mit Hüllprotein bzw. Transportprotein-sequenzspezifischen Primern wurden diese als Tobacco mosaic virus (TMV)- bzw. Tomato mosaic virus (ToMV)- Isolate identifiziert. Eine Infektion der Stieleichen mit weiteren bekannten Viren von Gehölzen, wie dem Cherry leaf roll virus (CLRV) oder dem Erreger der Ebereschenringfleckigkeit konnte mittels ELISA und RT-PCR ausgeschlossen werden. DsRNAs der Größen 1.5 und 1.6 kb sowie 1.8 und 2.0 kb konnten symptomunabhängig aus Rindengewebe, Knospen und Blättern von Stieleichen isoliert werden. Mit Hilfe der RT-DOP-PCR und der cDNA-Klonierung gelang es, Teile des 1.5/1.6 kb dsRNA-Moleküls zu charakterisieren. Die Sequenz von 479 Aminosäuren (1437 Nukleotiden) wies eine Identität von 56 % zur RNA-abhängigen RNA-Polymerase (RdRp) des Beet cryptic virus 3 (BCV 3) auf. Der spezifische Nachweis dieser Sequenz gelang mittels RT-PCR sowohl in dsRNA-Proben, als auch in angereicherten Nukleokapsiden symptomloser und symptomatischer Stieleichen. In Nested-PCR-Analysen konnte das Fragment jedoch nicht nur in Gesamt-RNA von Stieleichen, sondern auch in Gesamt-RNA und DNA verschiedenster gesunder Pflanzen amplifiziert werden. Phylogenetische Vergleiche mit ausgewählten RdRps viralen und pflanzlichen Ursprungs zeigten die engste Verwandtschaft der Stieleichen-dsRNA-Sequenz zu den Partitiviren, zu denen sich neben BCV 3 auch die endogene dsRNA aus Pyrus und aus Chloroplasten von Bryopsis gruppiert. Diese Erkenntnisse lassen in der charakteristischen Doppelbande von 1.5/1.6 kb das Vorliegen einer endogenen dsRNA vermuten. Hiermit ist in dieser Arbeit das Auftreten verschiedener Viren in Eichen nachgewiesen worden, von denen die meisten höchstwahrscheinlich nicht im direkten ursächlichen Zusammenhang mit der chlorotischen Ringfleckigkeit der Eiche stehen. / Ratings of oak populations revealed that around 90 % of all oak trees affected by viruslike symptoms showed chlorotic ringspots and that these symptoms are widely spread in oaks in north and central Germany. In this study the putative agent of these symptoms should be isolated and specified. Rod-shaped particles with a length of 450 nm were recovered from two different samples of leaves displaying chlorotic ringspots by mechanical inoculation of herbaceous indicator plants. These particles were identified to be Tobacco mosaic virus (TMV)- and Tomato mosaic virus (ToMV)- isolates by RT-PCR analyses of the coat- and movement protein genes. Infections with other well known viruses of forest trees, like Cherry leaf roll virus (CLRV) and the agent causing ringspots in European mountain ash, were excluded by ELISA and RT-PCR. DsRNA fragments of 1.5 and 1.6 kb as well as 1.8 and 2.0 kb were extracted from leaves, inner bark and bulbs of all symptomatic and asymptomatic samples of common oak. The nucleotide sequence of the 1.5 and 1.6 kb dsRNA fragment was partially characterised by reverse transcription degenerated oligonucleotide primed (DOP)-PCR and cDNA cloning. The obtained nucleotide sequence of 1437 nt encoding a putative protein of 479 amino acids revealed an identity of 56 % with the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) of Beet cryptic virus 3 (BCV 3). PCR amplification of the RdRp coding nucleotide sequence was possible using a number of different dsRNA samples as well as concentrated nucleocapside preparations. The same sequence was also amplified successfully by Nested-PCR not only in total RNA extracted from symptomatic and asymptomatic oak samples but also from total RNA and DNA of diverse plants. Phylogenetic analysis revealed further similarities to RdRp´s of endogenous dsRNA of Pyrus and chloroplasts of Bryopsis, both members of the Partitiviridae as well as BCV 3. These results strongly indicate that the 1.5/1.6 kb dsRNA of oak is endogenous dsRNA. In summary, it has been shown that oaks in Germany are commonly infected by a variety of different viruses most of them possibly unrelated to the wide-spread ringspot symptoms of oaks.