Molekulare Diagnostik und Epidemiologie im Pflanzenschutz

• Forschungsstelle: ACW (ina)
• Projektnummer: 01.16.10
• Projekttitel Englisch: Diagnostic moléculaire et épidémiologie en phytopathologie
• Kurztitel: Molekulare Diagnostik

Schlüsselwörter (Englisch)

molecular diagnostics, species identification, genotyping, pesticide resistance, genomics, population genetics

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Für einen erfolgreichen Pflanzenschutz ist die zuverlässige Diagnostik eine der wichtigsten Voraussetzungen. Dies umfasst einerseits die präzise Identifikation des Schadorganismus, zum Beispiel auf dem Niveau der Spezies. Andererseits ist die exakte Charakterisierung von besonderen Eigenschaften wichtig, wie zum Beispiel die Resistenz gegen Pestizide oder Pathogene.
Die Pestizidresistenz von Schädlingen nimmt rasch zu und stellt eines der dringendsten Probleme im modernen Pflanzenschutz dar. Die mole-
kularen und epidemiologischen Zusammenhänge dieser Entwicklung sind zwar in ihren Grundzügen bekannt, aber wichtige Einzelheiten müssen für jede Spezies etabliert werden. Ausserdem ist noch sehr wenig über die Interaktionen zwischen mehreren unterschiedlichen Resistenzmecha-
nismen innerhalb von Individuen bekannt. Die Kenntnisse zur Epidemiologie und Invasionsbiologie von Schadorganismen sind ausserdem eine wichtige Voraussetzung zur Vermeidung der Einschleppung von Quarantäneorganismen. Daten zu diesen beiden wichtigen Problemkreisen können wesentlich zur Verbesserung von nachhaltigen Pflanzenschutzstrategien beitragen.
Im Bereich Pflanzengenotypisierung werden neue Marker für wichtige Eigenschaften entwickelt und bestehende Marker werden validiert.
Die für MAS und die Sorten-Genotypisierung notwendigen Analysen werden durchgeführt, und es werden bestehende molekulare Methoden weiterentwickelt. Diese Weiterentwicklung ist notwendig, um die Sensitivität und Reproduzierbarkeit existierender Diagnosen zu steigern, Diagnosen für neue Schadorganismen bzw. Kulturpflanzen zu entwickeln und die Methoden so ökonomisch und effizient wie möglich zu gestalten. Leistungsbezüger im Rahmen dieser Dienstleistungen sind die Entomologie, Nematologie, Phytopathologie, das Pflanzenschutz-inspektorat und die Obstzüchtung.

Partner und Internationale Organisationen (Deutsch)

– Bioinformatik: Wagner Uli – Bioinformatik: Wicker Thomas – Bioinformatik: Sick Beate – Mikroarray-Produktion: Benez Vladimir – Populationsgenetik: Brunner Patrick – Pflanzenzüchter und Produzenten

FGCZ UNIZH ZHW EMBL ETHZ Diverse

Projektziele (Deutsch)

1. Pestizidresistenz: Unter Einsatz eines von uns erarbeiteten cDNA Mikroarrays für den Apfelwickler sollen Marker für mehrere unterschiedliche Pestizid-Resistenzen beschrieben werden (Mussziel, Indikator: molekulargenetische Beschreibung von regulierten und von Zielort-Genen; Standard: 2 regulatorische Gene und ein Zielort-Gen).
2. Epidemiologie: Epidemiologische Untersuchungen dieser Marker geben wichtige Einblicke in deren ökologische Dynamik (Mussziel, Indikator: populationsgenetische Parameter bekannt für Schweizer Populationen; Standard: 6 Populationen). Populationsgenetische Untersuchungen zu weiteren wichtigen Schadorganismen werden nach Bedarf durchgeführt (Wunschziel).
3. Molekulare Diagnostik: Die wichtigsten Schadorganismen können effizient identifiziert werden (Mussziel Nematologie: die 7 wichtigsten Arten). Die eingesetzten Methoden entsprechen dem aktuellen Standard. Die Markerdiagnosen im Bereich Pflanzengenotypisierung werden durchgeführt (Mussziel: MAS Ergebnisse fristgerecht abgeliefert).
4. Genomics: Die genomischen Daten zu Pantoea agglomerans sind annotiert (Mussziel). Die mitogenomischen Daten zu Cydia pomonella
sind ausgewertet (Wunschziel). Die Daten zum Genome Chip sind ausgewertet (Mussziel).

Arbeitsvorgang/Stand der Arbeiten (Deutsch)

1. Pestizidresistenz: Der cDNA Mikroarray wird am EMBL gespottet. RNA von resistenten und empfindlichen Individuen wird im ersten Jahr gemäss Standardprotokollen extrahiert und hybridisiert. Auf- bzw. abregulierte Gene werden identifiziert und nach Möglichkeit sequenziert. Weitere Proben (Zucht und Freiland) werden nach Bedarf in den Folgejahren untersucht.
2. Epidemiologie: Proben für populationsgenetische Analysen des Apfelwicklers sind bereits vorhanden. Für die Untersuchungen der auf- bzw. abregulierten Gene werden nach Bedarf weitere Proben im Feld genommen. Damit wird die Charakteristik der Genregulation in unterschiedlichen Populationen untersucht. Genetische und epidemiologische Untersuchungen an Quarantäneorganismen werden mit etablierten Methoden durchgeführt. Die Probenbeschaffung wird die Wahl der Organismengruppe stark beeinflussen.
3. Molekulare Diagnostik: Alle die bei ACW Wädenswil bearbeiteten Schadorganismen sollen mit molekulargenetischen Methoden identifiziert werden können. Die dazu notwendigen Entwicklungsarbeiten werden weitergeführt. Basis ist die DNA-Sequenz. Bestehende Diagnosen werden weiterentwickelt, damit Mikroarrays und real-time QPCR eingesetzt werden können.
4. Genomics: Vorversuche mit dem Genome Chip der Firma Nimblegen wurden durchgeführt. Die DNA vieler Bakterien muss noch beschafft werden, eine Zusammenarbeit mit dem Labor Spiez besteht.

Projektspezifische Kosten (Deutsch)

Gemäss jährlicher interner Budgetierung. Wunschziele können nur mit Drittmitteln voll erreicht werden.

Kunden/Berichterstattung (Deutsch)

ACW, Bereich Pflanzenschutz; Pflanzenschutz Inspektorat; Pflanzenzüchter, Produzenten; Labor Spiez; Kant. Labor Basel-Stadt KLBS; BAFU. Wissenstransfer erfolgt an nationalen und internationalen Tagungen und Kongressen. Publikationen erfolgen in wissenschaftlichen Journals und teilweise in angewandten CH-Zeitschriften.