Braunschweig, Germany and St. Paul, Minnesota, USA
June 18, 2014
Together with an international consortium, scientist at the German Julius-Kühn-Institute publishes model of the damage potential of Sudden-Death-Syndrome in PlosOne
Canopy view of diseased and healthy soybean leaves.
Photo: A.Westphal/Julius-Kühn-Institute
For years a disease complex of a plant-parasitic nematode and fungal pathogen has damaged soybean fields in the Midwest of the USA. Recently Dr. Andreas Westphal of the Julius-Kühn-Institute (JKI) and his American collaborator Dr. Lijuan Xing provided mathematical evidence for the synergistic nature of the interaction of Heterodera glycines and Fusarium virguliforme (Xing and Westphal, 2013, JPDP 120:209-217). Crop rotation offers no remedy against the teamed up pathogens. Now, the international author group quantified the specific role of the two pathogens in disease severity. This report was published on June 16th in the open-access journal PLOS ONE and is available online http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0099529.
In collaboration with researchers from Australia, China and the US, microplot studies were conducted in Indiana. “The data were used to model the role of the fungal pathogen and the nematode quantitatively when causing the disease “, reports Westphal. This type of information enables us to predict the occurrence of sudden death syndrome and the severity of the disease.
Microplots at the time of rating showing differences in canopy health.
Photo: A.Westphal/Julius-Kühn-Institute
“We gained insight how this important disease complex functions, while severely damaging the soybean-plants. In addition we developed new detection and quantification methods. These methods are critical for investigating and exploiting efficient management strategies of this still spreading disease“, summarizes Westphal.
Background information on the experiment design:
Tubes of 45-cm diameter were inserted perpendicular into the ground to provide the experimental context under field conditions. The plots were then infested with fungi and nematodes alone or in combination. Starting at the onset of disease, disease severity was monitored in the differently treated plots. The amount of the fungus at planting and in diseased plants was determined by a molecular quantification method called rtPCR using newly developed detection sets with specifically designed Primers. The Australian collaborator conducted the extraction of DNA from large amounts of soil (500 g) using a method currently only available in his laboratory. The US group conducted the molecular detection of the fungus. Nematode population densities were determined by extracting and counting. A response matrix using the amounts of the pathogens as independents and the amount of disease as dependent were developed. In addition, such matrix was also used to describe the relation between the amounts of disease parameters and yield.
Schädlings-Duo aus Fadenwurm und Pilz schädigt Sojabohne
Wissenschaftler vom Julius Kühn-Institut Braunschweig publiziert mit internationalen Partnern in Fachzeitschrift PlosOne Ergebnisse aus Feldversuchen zum Sudden-Death-Syndrom an Soja
In den USA tritt seit Jahren ein gefürchteter Schadkomplex an Sojabohnen auf, bei dem ein Fadenwurm (Nematode) und ein Pilz gemeinsam ihre Vernichtungskraft entfalten. Erst kürzlich konnten Dr. Andreas Westphal vom Julius Kühn-Institut (JKI) in Braunschweig und seine amerikanische Kollegin Dr. Lijuan Xing zeigen, dass es sich bei Heterodera glycines und Fusarium virguliforme tatsächlich um einen synergistischen Krankheitskomplex handelt (Publikation: Xing & Westphal, 2013, JPDP 120, S. 209 - 217). Um zu verstehen, warum sich dieser Krankheitskomplex so ausprägt, hat eine internationale Forschergruppe die spezifische Rolle der beiden Pflanzenpathogene in der Krankheitsausprägung modelliert. Die Ergebnisse der Studie sind am 16. Juni in der Fachzeitschrift PlosOne erschienen und können unter http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0099529 eingesehen werden.
Gemeinsam mit australischen, chinesischen und amerikanischen Kollegen wurden sogenannte Mikroplot-Experimente in Indiana durchgeführt. „Mit Hilfe der Daten konnten wir ein Modell entwickeln, das die Rolle des Pilzes und des Nematoden quantitativ darstellt“, berichtet Dr. Westphal vom JKI. Die Forscher erstellten eine Reaktionsmatrix, die einen klaren Zusammenhang zwischen der Stärke der Krankheitsausprägung und der Befallsstärke des Pilzes und des Nematoden in der Ausgangserde herstellt. Die Beziehung von Krankheitsstärke und Ertragsparametern wurde ebenfalls analysiert. „So lassen sich bei bekannten Konzentrationen von Nematoden und Pilz das Ausbruchsrisiko und die Krankheitsstärke voraussagen“, sagt Westphal.
„Wir haben nicht nur das Verständnis zu diesem wichtigen Krankheitskomplex vertieft, der zum akuten Absterben der Sojapflanzen führt, sondern konnten auch wichtige Erkennungs- und Quantifizierungsmethoden entwickeln“, so das Fazit von Dr. Westphal. Die Forscher hoffen, dass ihre Arbeit zu einem verbesserten Management für die sich stetig weiter verbreitende Krankheit beiträgt. Eine Unterdrückung des Schaderregerkomplexes mit Pflanzenschutzmitteln gestaltet sich schwierig. Die Resistenzzüchtung macht mittlerweile große Fortschritte, aber nach wie vor macht der Krankheitskomplex große Schwierigkeiten, da auch ein Fruchtwechsel mit Mais dem Duo keinen Einhalt gebietet.
Hintergrundinfo zum Experiment-Design:
In runden Beeten von 45 cm Durchmesser, die aus senkrecht eingegrabenen Röhren bestanden, herrschten für die Sojapflanzen die typischen Feldbedingungen. Pilze und Nematoden wurden einzeln und in verschiedenen Kombinationen in diese Beete eingebracht. In zeitlichen Abständen wurde die Krankheitsausprägung an den Sojabohnenpflanzen bestimmt. Die Menge des Pilzes wurde sowohl in der Erde zur Aussaat und in erkranktem Pflanzenmaterial mit Hilfe eines molekularen Verfahrens (rtPCR) mit einem neuen hoch spezifischen Erkennungsset (Primer) bestimmt. Der Partner in Australien ermöglichte die Extraktion von DNA aus großen Erdmengen (500 g), die bisher nur in seinem Labor möglich ist. Die Gruppe in den USA führte die DNA-Analysen durch.
Topics
Species
