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Natural disease control by root endophytes in a changing climate

The hypothesis that the dark septate root endophyte Phialocephala fortinii provides biological control of Phytophthora diseases to trees is tested under two temperature regimes. Phytophthora spp. are very aggressive plant pathogens affecting also woody plants in the natural environment. Studies on biological control of Phytophthora diseases are scarce, but antagonistic effects of endophytic fungi have been demonstrated in a few cases. In temperate and boreal forests, conifers are much less susceptible to Phytophthora diseases than deciduous broadleaf trees, whereas their roots are very frequently colonized by dark septate endophytes (DSE) with Phialocephala fortinii s.l., a supposedly asexual ascomycete, being the dominant component. This fungus also colonizes hardwoods, but to a lesser degree. Recent population genetic studies showed that P. fortinii s.l. consists of at least 15 reproductively isolated cryptic species (CSP). We hypothesise that P. fortinii s.l. may protect its host from Phytophthora disease depending on CSP and environmental conditions. A model system will be developed and applied to test this hypothesis using Norway spruce (Picea abies), beech (Fagus sylvatica) and Phytophthora citricola. The experimental program will be multidisciplinary in approach and include molecular, mycological, phytopathological (infection experiments, epifluorescence microscopy) and statistical methods.

Biologische Regulierungsmaßnahmen und die Bedeutung von Struktur- und Blütenreichtum für das Vorkommen und die (potentielle) Wirksamkeit von natürlichen Gegenspielern des Eichenprozessionsspinners

Seit Ende des letzten Jahrhunderts ist Deutschland mit zunehmenden Populationsdichten und einer starken Ausbreitung des Eichenprozessionsspinners konfrontiert. Eine besonders stark betroffene Region in Sachsen-Anhalt ist der Drömling. Um die durch die Raupen des Eichenprozessionsspinners hervorgerufenen Folgen für die menschliche Gesundheit so gering wie möglich zu halten, werden in stark frequentierten Bereichen (bspw. Ortslagen) verstärkt Bekämpfungsmaßnahmen durch die Gemeinden durchgeführt. Häufig handelt es sich hierbei um das fachgerechte Absaugen der Raupennester oder die Anwendung von entsprechenden Bioziden. Vor allem letzteres ist aus Sicht des Naturschutzes auch in Hinblick auf die Auswirkung auf andere Insektenarten und -gruppen (insbesondere Schmetterlinge) kritisch zu sehen. Maßnahmen zur biologischen Bekämpfung oder Maßnahmen zur Erhöhung der Biodiversität und damit Förderung der natürlichen Gegenspieler des Eichenprozessionsspinners werden hingegen immer noch selten angewendet. Aufbauend auf bisherigen Forschungsergebnissen der Hochschule sollen im Rahmen des Projektes vor allem Untersuchungen zur Wirksamkeit von biologischen Bekämpfungsmethoden fortgeführt und erweitert werden. Das Augenmerk liegt dabei auf Bekämpfungsmethoden die der Förderung von natürlichen Antagonisten des EPS dienen. Da solche Maßnahmen selten systematisch und langfristig durchgeführt werden, sollen vor allem der Einfluss von Brutvögeln auf die Population des Eichenprozessionsspinners sowie das Vorkommen und die Anforderungen von Parasitoiden aus der Gruppe der Insekten, insbesondere Raupenfliegen und Schlupfwespen, untersucht werden. Weiterhin werden im Projekt Effekte vorhandener Strukturen ermittelt und dahingehend Maßnahmen zur Förderung von Arten- und Strukturvielfalt empfohlen.

Untersuchungen zur Biologie und Variabilitaet von Fomes annosus (FR.) Cooke und ueber die Moeglichkeiten seiner biologischen Bekaempfung

In Neuaufforstungen mit Koniferen (in der Bundesrepublik in naher Zukunft auf ca. 1,2 Mio. ha Grenzertragsboeden und Oedlaendereien) besteht die Gefahr einer Primaerinfektion durch den holzzerstoerenden Wurzelschwamm Fomes annosus. Seine Sporen besiedeln frischgeschnittene Stubben, dringen in deren Wurzeln vor und von dort in die Wurzel lebender Baeume in denen sie Wurzel- und Stammfaeule erzeugen. In England wird fuer die Kiefer zur Verhinderung der Infektion eine protektive Stubbenbehandlung mit pilzlichen Antagonisten von Fomes annosus empfohlen, die jedoch in eigenen Laborversuchen bei der Fichte (auch bei der Kiefer) keine zuverlaessigen Erfolge brachte. Es soll versucht werden, durch besseres Verstaendnis von Stoffwechselablaeufen und Infektionsbiologie ein biologisch sicheres (chemisches oder physikalisches) Verfahren zu finden, dass es es erlaubt, Fichte bzw. Douglasie gleichbleibend zu schuetzen. Hierbei ist die hohe physiologische Variabilitaet von Fomes annosus zu beruecksichtigen.

Kombinationswirkungen von Umweltchemikalien auf die Rueckstandsbildung bei Wildtieren

Feststellung messbarer Rueckstaende im Wildtier bei gleichzeitiger Aufnahme von Wirkstoff-Kombinationen aus der Nahrung und ihr Einfluss auf die Verteilung und Rueckstandsbildung im Tierkoerper. Die Umweltchemikalien werden allein und in Kombination im Koernerfutter verabreicht. In regelmaessigen Abstaenden werden Organ- und Depotfett- und Muskelproben entnommen. Die Rueckstaende werden gaschromatisch bestimmt. Ueber den gesamten Zeitraum wird mit geeigneten Parametern die biologische Leistungsfaehigkeit ermittelt. Feststellung moeglicher gegenseitiger Beeinflussung im Sinne von Synergismus oder Antagonismus.

Befallsmechanismen des hyperparasitischen Pilzes Fusarium oxysporum f.sp. orthoceras gegenüber Orobanche cumana, einem parasitischen Unkraut der Sonnenblume

Einleitung: Die Sommerwurzgewächse (Orobanchaceae) sind parasitische Blütenpflanzen, die sich über ein Kontaktorgan (Haustorium) an die Wurzel der Wirtspflanze anhaften und von ihr Wasser, Nährstoffe und Assimilate aufnehmen. Zu den Wirtspflanzen einiger Orobanche-Arten zählen auch wichtige Nutzpflanzen, wie etwa Bohnen, Sonnenblumen oder Tabak. Je nach Befallsintensität kann es zu signifikanten Ertragsminderungen oder sogar zu kompletten Ertragsverlusten kommen. Insbesondere im Mittelmeergebiet, Asien und Nordafrika steigt die Bedrohung der Nutzpflanzenproduktion durch Orobanche stetig an. Die Kontrolle von Orobanche mit Hilfe von Herbiziden ist teuer, schwierig handhabbar und nicht ausreichend effektiv. Resistenzzüchtungen der Nutzpflanzen werden aufgrund des Vorkommens verschiedenster Orobanche-Rassen (mit verschiedenen Pathogenitätsfaktoren) schnell durchbrochen. Leider fehlen bislang ausreichende Informationen zur Interaktion von Orobanche mit den jeweiligen Wirten. Anhand derartiger grundlegender Erkenntnisse könnten alternative oder verbesserte Kontrollmaßnahmen entwickelt werden. Stärkung der Resistenz der Nutzpflanzen (induzierte Resistenz) oder die Verwendung Orobanche-spezifischer Antagonisten (wie etwa des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras) als biologisches Kontrollagens stellen wirksame Möglichkeiten der Kontrolle des Pathogens dar. Ziele: Als Modell zum Verständnis der Interaktion der Sommerwurz mit seinen Wirten wird die Assoziation von Orobanche cumana Wallr. und der Sonnenblume (Helianthus annuus L.) verwendet. Die Ziele des Projektes sind: - grundlegender Erkenntniszuwachs zur Interaktion von O. cumana und H. annuus. - Wirkungsweise des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras auf seinen Wirt O. cumana (Biochemie, Histologie), - Auswirkung von Pflanzenstärkungsmitteln als Resistenzaktivatoren der Sonnenblume auf den Befall mit O. cumana.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland

Im Verbundprojekt werden die Vielfalt an EPS-Pathogenen und EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS und in unterschiedlichen standörtlichen und klimatischen Bedingungen systematisch erfasst. In unserem Teilvorhaben (TP1) wird die genetische Ausstattung der EPS-Populationen untersucht. In einem Transekt von Norden bis Süden Deutschlands werden EPS befallene Gebiete als Versuchsflächen von allen Projektpartnern gemeinsam ausgesucht. Diese Gebiete sollen möglichst unterschiedliche klimatische/standörtliche Bedingungen, wie auch eine unterschiedliche Kalamitätsgeschichte, darstellen, damit möglichst viele Faktoren, bei der Auswertung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen berücksichtigt werden können. Diese EPS-Populationen werden mittels molekulargenetischer Marker genetisch untersucht. Dabei werden zwei mitochondrialer Gene (COI und COII) sequenziert um Differenzen zwischen EPS-Individuen festzustellen. Weiterhin werden nukleare Mikrosatelliten Marker (SSRs) angewendet, um die genetische Variabilität innerhalb und die genetische Differenzierung zwischen Populationen zu erfassen. In diesem Schritt werden bekannte, erfolgreiche SSRs aus dem Pinien- auf den Eichenprozessionsspinner übertragen. Die am besten funktionierenden und variablesten SSRs werden für die Erfassung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen verwendet. Sowohl die Sequenzierung der COI-Gene als auch die Fragmentanalyse der SSRs werden mittels Kapillarlektrophorese an einem DNA-Sequenzer durchgeführt. Die räumlichen genetischen Strukturen und die phylogenetische Bäume werden in Zusammenhang mit den standörtlichen/klimatischen/Kalamitätsgeschichtlichen Faktoren Auskunft über die Abstammung/Entstehung der Populationen geben. In der Gesamtauswertung im Verbundprojekt wird die genetische Diversität der EPS-Populationen mit der Vielfalt der Antagonistenvielfalt und die Befallsidensität korreliert werden.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland, Teilvorhaben 1: Genetische Bestimmung der EPS-Populationen

Im Verbundprojekt werden die Vielfalt an EPS-Pathogenen und EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS und in unterschiedlichen standörtlichen und klimatischen Bedingungen systematisch erfasst. In unserem Teilvorhaben (TP1) wird die genetische Ausstattung der EPS-Populationen untersucht. In einem Transekt von Norden bis Süden Deutschlands werden EPS befallene Gebiete als Versuchsflächen von allen Projektpartnern gemeinsam ausgesucht. Diese Gebiete sollen möglichst unterschiedliche klimatische/standörtliche Bedingungen, wie auch eine unterschiedliche Kalamitätsgeschichte, darstellen, damit möglichst viele Faktoren, bei der Auswertung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen berücksichtigt werden können. Diese EPS-Populationen werden mittels molekulargenetischer Marker genetisch untersucht. Dabei werden zwei mitochondrialer Gene (COI und COII) sequenziert um Differenzen zwischen EPS-Individuen festzustellen. Weiterhin werden nukleare Mikrosatelliten Marker (SSRs) angewendet, um die genetische Variabilität innerhalb und die genetische Differenzierung zwischen Populationen zu erfassen. In diesem Schritt werden bekannte, erfolgreiche SSRs aus dem Pinien- auf den Eichenprozessionsspinner übertragen. Die am besten funktionierenden und variablesten SSRs werden für die Erfassung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen verwendet. Sowohl die Sequenzierung der COI-Gene als auch die Fragmentanalyse der SSRs werden mittels Kapillarlektrophorese an einem DNA-Sequenzer durchgeführt. Die räumlichen genetischen Strukturen und die phylogenetische Bäume werden in Zusammenhang mit den standörtlichen/klimatischen/Kalamitätsgeschichtlichen Faktoren Auskunft über die Abstammung/Entstehung der Populationen geben. In der Gesamtauswertung im Verbundprojekt wird die genetische Diversität der EPS-Populationen mit der Vielfalt der Antagonistenvielfalt und die Befallsidensität korreliert werden.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland, Teilvorhaben 2: Morphologische Bestimmung der Eichenprozessionsspinner-Antagonisten

Im Verbundprojekt werden die Vielfalt an EPS-Pathogenen und EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS und in unterschiedlichen standörtlichen und klimatischen Bedingungen systematisch erfasst. Ziel unseres Teilvorhabens ist, die Vielfalt an Pathogenen des Eichenprozessionsspinners (Viren, Bakterien, Pilze, einschließlich Mikrosporidien, Protisten) als auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS systematisch zu erfassen.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland, Teilvorhaben 3: Genetische Bestimmung der Eichenprozessionsspinner-Antagonisten

Das Projekt AntiEPS ist als grundlagen- und anwendungsorientiertes Forschungsvorhaben in einem Verbund der zwei Forschungsinstitutionen (FVA Baden-Württemberg, Julius Kühn-Institut) und der AIM Advanced Identification Methods GmbH geplant und entwickelt. Darüber hinaus wird eine enge Zusammenarbeit mit Forschungsinstitutionen bundesweit wie auch den lokalen und regionalen Betriebseinrichtungen angestrebt. Die durch negative Auswirkungen globaler Klimaveränderungen resultierenden Schadursachen in heimischen Waldökosystemen begünstigen das teilweise massenhafte Auftreten von Schadorganismen und beinträchtigen somit erheblich die Waldgesundheit. Ziel des geplanten Teilvorhabens ist, die Diversität an EPS-Pathogenen (Bakterien, Pilze, einschließlich Mikrosporidien, Protisten) sowie EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS mittels breit angelegter DNA Metabarcoding gestützter Monitoringversuche zu erfassen. Weiterhin sollen hierbei verschiedene Populationen und Entwicklungsstadien untersucht werden, um mögliche Assoziationen zwischen der Geographie und des Entwicklungsstandes zum möglichen Parasitierungsgrad zu detektieren. Die DNA Metabarcoding Technologie bietet hierbei einen hohen Grad Detektionssensivität, sowie taxonomischer Abdeckung um ein möglichst umfassendes Bild der EPS-Gegenspielercommunities zu erhalten.

Synergismus von arbuskulären Mykorrhizapilzen und Bakterien zur Verbesserung der biologischen Bekämpfung von Meloidogyne incognita an Tomate

Es werden Interaktionen zwischen AMP (arbuskulären Mykorrhizapilzen) und Mikroben an Tomate in Hinblick auf die biologische Bekämpfung des Gallennematoden Meloidogyne incognita untersucht. Angestrebt ist (erste Phase), 1-3 Jahr): 1. Isolation und Identifikation von AMP, PHPR (plant health promoting rhizobacteria) und MHB (mycorrhiza helper bacteria) mit biocontrolFähigkeiten. 2. Unterscheidung von Interaktionen in und außerhalb der Wurzel. 3. Auffindung von Synergismen zwischen AMP und anderen Mikroben. 4. Prüfung möglicher Antagonismen. 5.Aufklärung von Wirkungsmechanismen der biologischen Bekämpfung bei Einzel- oder Koinokulation. 6. Erster Nachweis der Effizienz der kombinierten Inokula unter Feldbedingungen in Thailand. In der zweiten Phase (Jahr 4-6) wollen wir formulierte Inokula für Feldversuche in Thailand entwickeln. Ziele werden sein: 1. Adaptation der biocontrol-Organismen in lokale Systeme. 2. Untersuchung von Interaktionen mit anderen Krankheiten z.B. der bakteriellen Welke. 3. Integration der biologischen Bekämpfung in Produktionssystemen in Thailand. 4. Prüfung verschiedener Applikationstechniken. Diese Aspekte werden in Zusammenarbeit mit thailändischen Partnern bearbeitet.

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