Pflanzen als Pflanzenparasiten

Ralf Kaldenhoff

Parasitäre Pflanzen

• 4100 Spezies aus 19 Familien

• Allgemeine Charakteristika:

– Die Wurzel ist meist modifiziert

– Kontakt zum Wirt erfolgt generell über Haustorien

– Über Haustorien wird eine Verbindung zum Phloem und / oder Xylem des Wirteshergestellt

• Lebenszyklus:– Obligate Parasiten – benötigen den Wirt um ihren Lebenszyklus zu vollenden

– Fakultative Parasiten – Lebenszyklus kann auch ohne Wirt beendet werden

• Wirtsorgan– Sproßparasiten

– Wurzelparasiten

• Nährstoffe– Holoparasit – ist vollständig von den Nährstoffen des Wirtes abhängig

Photosynthese gering oder nicht vorhanden

– Hemiparasit – teilweise auf den Wirt angewiesen (Mineralien / Wasser)

Zu Photosynthese fähig

Pflanzenparasiten

Mistel (Viscum album)

Photograph © Andrew Dunn

Pflanzenparasiten

RafflesiaVerbreitungsgebiet:Indonesien und Malaysia

Pflanzenparasiten

Film von David Attenborough

Parasitic Plant Connection

http://www.parasiticplants.siu.edu/

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

Beispiel 1: Striga

Striga ist eine Pflanzengattung aus derFamilie der Sommerwurzgewächse(Orobanchaceae). Die Pflanzen parasitierenmeist auf Gräsern und sind in den Tropenund Subtropen der alten Welt verbreitet.

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

Beispiel 1: Striga

• Ca. 40 Millionen Hektar sind von Striga befallen.• Ernteausfälle 20 80% bis hinzu Totalausfall• Geschätzte Schadenssumme 1Mrd US$ pro Jahr• Die Samen sind klein und überdauern im Boden mehr

als 20 Jahre• bei Beginn des Nutzpflanzenwachstums keimen die

Strigasamen, infizieren die angebauten Pflanzen,blühen und bilden erneut Samen

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

Beispiel 1: Striga

African Agricultural Technology Foundation

http://www.aatf africa.org/aatf_projects.php?subcat=5&sublev=9

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

Beispiel 2: Orobanche

• Die etwa 200 Arten der Gattung Sommerwurze(Orobanche) sind krautige, ein oder mehrjährigeparasitische Blütenpflanzen.

• Ihr Verbreitungsschwerpunkt liegt in den warmenund gemäßigten Zonen der nördlichenErdhalbkugel.

• Die Samen (0,3 mm) können mehrere Jahre imBoden ausdauern ohne ihre Keimfähigkeit zuverlieren.

• Keimung wird von Substanzen ausgelöst, die vonden Wurzeln der Wirtspflanzen ausgeschiedenwerden.

• Erreicht die Keimwurzel eine geeigneteWirtswurzel, dringt sie in diese ein und bildet einHaustorium

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

Beispiel 2: Orobanche

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

http://www aes.tamu.edu/mary/brmrape/brmrape.htm

Neophyten

Parasitäre Pflanzen in der Landwirtschaft

Beispiel 3: Cuscuta

Seide oder auch Teufelszwirn (Cuscuta) ist eine über200 Arten umfassende Pflanzengattung aus derFamilie der Windengewächse (Convolvulaceae).Weitere deutsche Namen sind Jungfernhaar,Kletterhur und Hexenseide

Parasitäre Pflanzen Cuscuta

Parasitäre Pflanzen Cuscuta

http://www.farmerfred.com/dodder.htm

Parasitäre Pflanzen Cuscuta

Verbreitung von Orobanchaceae und Convolvulaceae (Cuscuta)

Kontrollmethodenhttps://www.uni hohenheim.de/www380/380b/science/supraregional/control.htm

Cuscuta an Coleus

Biochemische Charakterisierung von Cuscuin

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

15 20 25 30 35 40

slop

e

temp [°C]

0

0,05

0,1

0,15

0,2

5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

slop

e

pH

y = 2,044x + 1,115R² = 0,952

0

2

4

6

8

10

12

2 1 0 1 2 3 4 5 6

1/v

1/s

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

150 100 50 0 50 100 150

1/v

pro peptide [fmol]

0,2 nmol FTC Casein

0,4 nmol FTC Casein

0,6 nmol FTC Casein

Temperature optimum at 30°C

pH optimum at 7.5

Km = 1.0906 μM

Ki = 0.12 nM

Cuscuin

ZellstreckungPflanzenhormone

Zellsteckung

Normale Pflanze Pflanze ohne Phytohormon

ZellstreckungPflanzenhormone

ZellstreckungPflanzenhormone

Ausschüttenvon Ca2+

Aequorea victoria

Mithöfer et al

Ca2+ Signale

Ca2+ Signale

Tomate mit Aequorin

Cuscuta reflexa Haustorium Zeitraffer (24h)

Ca2+ Signale

24hnach Anheftung

36hnach Anheftung

ZellstreckungPflanzenhormone

Ausschüttenvon Ca2+

Herstellenvon KlebeproteinWundreaktionen

attAGP

0 1d 3d 6d

attAGP mRNA

attAGP GFP Fusion

attAGP promotor GUS

attAGP

attAGP promotor GUS attAGP promotor GUS

Cuscuta Orobanche

Zellstreckung Pflanzenhormone

Ausschütten von Ca2+

Herstellen von KlebeproteinWundreaktionen

Messen der Anheftungskraft von Cuscutanach Ausschalten des Klebeproteins

Variable Höhe

Federwaage

Federwaage+

Tomate +Cuscuta

Linie=gemessene Kraft

Federwaage

+ Schreiber

Cuscuta

Linie=gemessene Kraft

Messen der Anheftungskraft von Cuscutanach Ausschalten des Klebeproteins

Zellstreckung Pflanzenhormone

Ausschütten von Ca2+

Herstellen von KlebeproteinWundreaktionen

Cuscuin Inhibitor

vor der Behandlung

1 Woche behandelt

Cuscuin Inhibitor

http://www.organische chemie.ch/chemie/2006dez/gruenerteufel.shtm