Development of basic research for integrated control strategies of pathogens in fruits and vegetables

• Research unit: AGS
• Project number: 14.13.1.1

Key words (English)

quarantine organism, diagnosis, emerging diseases, epidemiology, bacteriology, mycology, fire blight, biocontrol, mapping resistance genes, molecular markers, apple breeding

Short description (German)

Die Aktivitäten im Tätigkeitsfeld „Entwicklung von Grundlagen für integrierte Bekämpfungsstrategien bei Pilzen und Bakterien im Obst- und Freilandgemüsebau“ leisten wichtige Beiträge zum thematischen Schwerpunkt 11 „Ökologische Intensivierung“ mit dem Kernthema 11.2 „Pflanzenproduktionsmethoden“. Die Vollzugsaufgaben in diesem Tätigkeitsfeld werden in einem Prozess zusammengefasst. Das Tätigkeitsfeld fokussiert sich auf die Verbesserung der Pflanzenproduktionsmethoden bei Kern- und Steinobst sowie bei Gemüse mit Blick auf Umweltauswirkungen unter Einbezug von Pflanzenschutz, robusten Sorten, Saat- und Pflanzgut.
Vier Projekte werden im Tätigkeitsfeld sinnvoll miteinander verknüpft.

• Projekt „Grundlagen für Entwicklung phytosanitärer Massnahmen (Pilze und Bakterien) bei Kern- und Steinobst und Gemüse“
  Untersuchung der Biologie und der Epidemiologie von Quarantäneorganismen (QO) oder Schadorganismen. Durch das verbesserte Verständnis der Grundlagen von Phytopathogenen und der ihnen zur Verfügung stehenden Mechanismen, die zum Schadbild an Obst und Gemüse führen, können zur Bekämpfung neue Methoden erarbeitet werden sowie Substanzen spezifisch ausgewählt werden.
• Projekt „Grundlagen und molekulare Methoden für die Resistenzzüchtung am Modell Apfelbaum“
  Die Innovation bei der Erarbeitung von Grundlagen und molekularen Methoden für die Apfel-Resistenzzüchtung bringt die klassische Züchtung von robusten Apfelsorten einen grossen Schritt weiter, hin zu einem reduzierten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln (PSM). In diesem Projekt bestehet ein grosses Potential für die Akquisition von Fremdmitteln.
• Projekt „Angewandte Lösungen für Feuerbrand-Management“
  Innovative praxisnahe Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich der Strategie-Entwicklung. Es werden Erkenntnisse über eine mögliche Bekämpfung des Feuerbranderregers durch Eisenchelatoren gewonnen. Als Entscheidungshilfen werden den Kantonalen Fachstellen und der Praxis Blüteninfektionsprognosen zur Verfügung gestellt. Zur Überwachung der Entwicklung von Resistenzen des Erregers gegenüber Streptomycin wird ein risikobasiertes Monitoring durchgeführt.
• Projekt „Diagnostik und Monitoring“ (Prozess im Rahmen Vollzugsaufgaben)
  Zur Früherkennung von Quarantäneorganismen (QO; Pilze und Bakterien bei Obst- und Gemüse) werden im Auftrag des BLW und in enger Vernetzung mit dem Forschungsbereich 12 (Diagnostik und Risikobeurteilung Pflanzenschutz), Diagnostikmethoden angewendet, damit diese QO auf Importmaterial frühzeitig erkannt und nicht eingeschleppt werden. In Schweizer Kulturen wird im Auftrag des Agroscope Pflanzenschutzdienstes (APSD) die Diagnostik bei den Überwachungen (Surveys) hinsichtlich QO sichergestellt.

Project aims (German)

Das Tätigkeitsfeld „Integrierte Strategien gegen Pilze und Bakterien im Obst- und Gemüsebau“ ist in vier Projekte unterteilt.

Projekt „Grundlagen für Entwicklung phytosanitärer Massnahmen (Pilze und Bakterien) bei Kern- und Steinobst und Gemüse“
1.      In zwei fachlichen Schwerpunkten werden Grundlagen für die Bekämpfung von Pathogenen (Quarantäneorganismen und Schadorganismen) erarbeitet.

Projekt „Grundlagen und molekulare Methoden für die Resistenzzüchtung am Modell Apfelbaum“
2.      Entwicklung molekularer Grundlagen (Genetik, Genomik), die in der klassischen Obstzüchtung genutzt werden können.
3.      Agroscope Initiative VINQUEST wird konsolidiert und Partner liefern regelmässig Befallsdaten.
4.      FP7 Projekt FruitBreedomics: Arbeitspaket "Erhöhung der Effizienz der Marker unterstützten Selektion" wird koordiniert und die zugesagten Leistungen werden erbracht.
5.      Das feuerbrandresistente cisgene Material der ETHZ wird genetisch und phänotypisch im Labor und im Gewächshaus charakterisiert.
6.      Produktion und Identifikation der 5. early flowering Generation von Sämlingen mit dem Feuerbrandresistenz-Locus der Apfelsorte „Evereste“, jedoch ohne early flowering Kassette.

Projekt „Angewandte Lösungen für Feuerbrand-Management“
7.      Praxisnahe Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Strategieentwicklung.
8.      Erste Erkenntnisse über eine mögliche Bekämpfung des Feuerbranderregers durch den Einsatz von Eisenchelatoren.
9.      Kernobst-Blüteninfektionsprognose für rund 60 Standorte in der Schweiz zeitgerecht erstellt und Beiträge für den Warndienst (Agroscope) verfasst (BLW 444).
10.    Streptomycin-Resistenzstatus beim Erreger ist überprüft (Politikberatung; BLW 443)
11.    Zeitgerechter Wissenstransfer an Kundengruppen und internationale Forschungsnetzwerke. Publikationen und Vorträge an in- und ausländischen Tagungen.
12.    Website www.feuerbrand.ch gepflegt und auf aktuellem Stand.
13.    Fachliche Unterstützung bei der Evaluation der Massnahmen im Rahmen der Strategie zur Bekämpfung des Feuerbrands; Lead beim BLW (BLW 160).
14.    Mikrobielle Biodiversität des Apfelbaums in Abhängigkeit der Kultivierungsmethode bestimmt (Agroscope Forschungsprogramm „Mikrobielle Biodiversität“).

Projekt „Diagnostik und Monitoring“ (Prozess im Rahmen Vollzugsaufgaben)
15.    Diagnostik von Quarantäneorganismen in Feldproben (z. Bsp. E. amylovora, M. fructicola, C. michiganesis) effizient eingesetzt (Factsheet 17/19).
16.    Zuverlässige und fristgerechte Importdiagnostik von Quarantäneorganismen ist sicher gestellt (BLW Fachsheet Vollzugsaufgaben 22).
17.    EPSD Surveys von Quarantäneorganismen werden unterstützt (Factsheet 17)
18.    Wissenschaftliche Unterstützung der Behörden bei der Entwicklung von Bekämpfungsstrategien für Quarantäneorganismen (Factsheet 21).

Knowlegde improvements / Publications (German)

Braun-Kiewnick A., Lehmann A., Rezzonico F., Wend C., Smits T.H.M., & Duffy B., 2012. Development of species-, strain-and antibiotic biosynthesis-specific quantitative PCR assays for Pantoea agglomerans as tools for biocontrol monitoring. J Microbiol Meth 90 (3), 315-320.

Bühlmann A., Pothier J. F., Fabio Rezzonico, Smits T.H.M., Andreou M., Boonham N., Frey J.  E., & Duffy B., 2013. Erwinia amylovora loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assay for rapid pathogen detection and on-site diagnosis of fire blight. J. Microbiol. Methods 92 (3), 332–339.

Hilber-Bodmer M., Bünter M., & Patocchi A., 2010. First report of brown rot caused by Monilinia fructicola on apricot in a Swiss orchard. Plant Disease 94 (5), 643.

Holliger E., Pelludat C., Schoch B. & Bünter M., 2013. Das Feuerbrandjahr 2012.  Schweizer Zeitschrift für Obst- und Weinbau. 149 (5), 10-13.

Jänsch M., Frey J. E., Hilber-Bodmer M., Broggini G. A. L., Weger J., Schnabel G. & Patocchi A., 2012. SSR marker analysis of Monilinia fructicola from Swiss apricots suggests introduction of the pathogen from neighbouring countries and the United States. Plant Pathology 61 (2), 247-254.

Knorst V., Hilber-Bodmer M. & Patocchi A., 2012. Auftreten von Monilia polystroma in einer Schweizer Steinobstanlage. Schweizer Zeitschrift für Obst- und Weinbau  148 (13), 14-15.

Laurens F., Durel C.-E., Patocchi A, Peil A., Salvi S., Tartarini S., Velasco R., & van der Weg E., 2010. Review on apple genetics and breeding programmes and pesentation of a new European initiative to increase fruit breeding efficiency. Journal of Fruit Science 27, 102-107.

Le Roux P.-M., Christen D., Duffy B., Tartarini S., Dondini L., Yamamoto T., Nishitani C., Terakami S., Lespinasse Y., Kellerhals M., & Patocchi A., 2012. Redefinition of the map position and validation of a major quantitative trait locus for fire blight resistance of the pear cultivar ‘Harrow Sweet’ (Pyrus communis L.). Plant Breeding 131 (5), 656-664.

Le Roux P.-M., Flachowsky H., Hanke M.-V., Gessler C. & Patocchi A., 2012. Use of a transgenic early flowering approach in apple (Malus × domestica Borkh.) to introgress fire blight resistance from ‘Evereste’. Molecular Breeding 30 (2), 857-874.

Patocchi A., Frei A., Frey J., & Kellerhlas M., 2009. Towards improvement of marker assisted selection of apple scab resistant cultivars: Venturia inaequalis virulence surveys and standardization of molecular marker alleles associated with resistance genes. Molecular Breeding 24 (4), 337-347.

Rezzonico F., Braun-Kiewnick A., Powney R., Rodoni B., Goesmann A., Duffy B., & Smits T.H.M., 2012. Lipopolysaccharide biosynthesis genes as a distinguishing factor for Rubus isolates of Erwinia amylovora. Mol Plant Pathol, 13 (8) 975-984.

Rezzonico F., Smits T.H.M., & Duffy B., 2012. Detection of AI-2 receptors in genomes of Enterobacteriaceae suggests a role of type-2 quorum sensing in closed ecosystems. Sensors 12 (5),  6645-6665.

Rezzonico F., Smits T.H.M., & Duffy B., 2012. Misidentification slanders Pantoea agglomerans as a serial killer. J Hosp Inf, 81 (2) 137-139.

Vanblaere T., Flachowsky H., Gessler C., & Broggini G.A.L. (2013) Molecular characterization of cisgenic apple lines of the cultivar `Gala` carrying the HcrVf2 scab resistance gene; Plant Biotechnology Journal, akzeptiert.

Customers / Reporting (German)

Dank diesem Tätigkeitsfeld und den daraus resultierenden Ergebnissen profitieren „interne“ und „externe“ Kunden gleichermassen.

Interne Kunden
BLW (Vollzugsaufgaben und Politikberatung), FG Agroscope Pflanzenschutzdienst (12.4) und die FG Züchtung und Genressourcen Obst (13.3), mit welcher wir gemeinsam die Grundlagen für die Züchtung von robusten Apfelsorten erarbeiten. Mit der Einflussnahme bei der Priorisierung der zu bearbeitenden Pathogene im Projekt „Grundlagen für Entwicklung phytosanitärer Massnahmen (Pilze und Bakterien) bei Kern- und Steinobst und Gemüse“ können die Forschungsgruppen Extension Obstbau (13.4.) und Gemüsebau (13.5) von der F&E im TF 13.1 profitieren.

Die „externen“ Kunden sind primär die kantonalen Fachstellen für Obstbau, Gemüsebau und Pflanzenschutz, die Obst- und Gemüsebranche und die nationalen und internationalen Kooperationspartner. Die Bevölkerung profitiert von einer intakteren Umwelt, welche mit weniger Pflanzenschutzmitteln in Kontakt kommt. Die Medien (Presse, Radio) stellen besonders beim Thema/Projekt Feuerbrand eine wichtige Kundengruppe dar; auch im Sinne des Wissenstransfers. Die Bevölkerung als finaler Nutzniesser aller Leistungen dieses Tätigkeitsfeldes.

Die Forschungsergebnisse werden in wissenschaftlichen Publikationen, Fachzeitschriften und an nationalen und internationalen Tagungen veröffentlicht. Wissenstransfer der Ergebnisse der VINQUEST-Initiative unter www.vinquest.ch, der Züchtungsarbeiten im EU-Fremdmittelprojekt FruitBreedomics unter www.fruitbreedomics.com und Information zum Thema „Feuerbrand“ unter www.feuerbrand.ch