Advancing the Hop Pathogen Diagnostic Techniques to Investigate the German Hop Virome and to Evaluate the Viroid Transmission Risk
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Beschreibung
In dieser Dissertation wurden innovative Diagnostikmethoden optimiert und angewandt. Ziel war es, die Vielfalt, Verbreitung und Übertragung von Viren und Viroiden, die den deutschen Hopfen befallen, zu untersuchen. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf dem neu aufgetretenen und aggressiven Hopfenpathogen citrus bark cracking viroid (CBCVd). Im ersten Teil dieser Dissertation wurde die Hochdurchsatzsequenzierung (HTS) eingesetzt, um bekannte und unbekannte Viren und Viroide in deutschen Hopfenfeldern nachzuweisen.
Wir haben uns auf die drei wichtigsten Hopfenanbaugebiete Deutschlands konzentriert: Hallertau, Elbe-Saale und Tettnang. In allen Regionen wurde eine einheitliche Probenahmestrategie angewandt, bei der randomisierte Blattproben sowohl von Hopfenpflanzen als auch von Nicht-Hopfenpflanzen innerhalb und außerhalb der Anbauflächen gesammelt wurden. Mithilfe von HTS konnten in dieser Studie Virus- und Viroidsequenzen sowie andere pflanzenassoziierte Mikroorganismen identifiziert werden. Die identifizierten Virus- und Viroidsequenzen wurden mittels RT-PCR bestätigt.
In den Hopfenproben konnte eine geringe Diversität von Viren und Viroiden nachgewiesen werden. Dies bestätigte die Ergebnisse einer früheren Studie aus den 1980er Jahren, bei der eine damals verfügbare Diagnosemethode zum Einsatz kam: der Enzymimmunoassay (ELISA). Obwohl die HTS wertvolle Einblicke in das Hopfenvirom lieferte, erforderte die dabei generierte große Datenmenge eine hohe Rechenleistung und bioinformatisches Fachwissen, welches die praktische Anwendung erschwerte.
Daher war es das Ziel des zweiten Teils dieser Dissertation, den Prozess der HTS-Datenanalyse zu optimieren. Zu diesem Zweck haben wir elektronische Sonden (e-probes) entwickelt, kuratiert und validiert, um die in deutschen Hopfenanlagen am häufigsten vorkommenden Viren und Viroide direkt in den HTS-Rohdaten nachzuweisen. Dieser Ansatz bietet eine benutzerfreundliche und effiziente Lösung für Pflanzengesundheitsdienste und Monitoringprogramme, da die Anwendung von HTS zum Nachweis von Krankheitserregern dadurch auch ohne fortgeschrittene bioinformatische Fachkenntnisse möglich wird.
Der dritte Teil dieser Dissertation hatte zum Ziel, das potenzielle Risiko einer Viroidübertragung durch ätherische Zitrusöle (CEOs) zu bewerten. CEOs werden in letzter Zeit in nachhaltigen Pflanzenschutzmitteln verwendet. Wir konnten nachweisen, dass CEOs keinen Einfluss auf die RNA-Extraktion oder die Echtzeit-RT-PCR-Reaktion haben.
Wir testen ebenfalls die Stabilität der Viroide. Dabei stellten wir fest, dass Vioride in CEO-Proben, die mehrere Wochen lang bei Raumtemperatur gelagert wurden, nachgewiesen werden konnten. Mit diesen Proben konnte jedoch keine Infektion von Testpflanzen induziert werden. Ein Infektiositätstest mit alternativen Wirten zeigte, dass Proben, die mit CEOs versetzt wurden, die Pflanze wahrscheinlich nicht infizieren würden, während Viroid-RNA ohne CEOs infektiös blieb. Dies deutet darauf hin, dass die Anwendung von CEOs nur ein minimales Risiko der Viroidübertragung birgt.
Zusammenfassend kamen in dieser Arbeit innovative Diagnostikmethoden für den Nachweis von Viren und Viroiden zum Einsatz: HTS, E-Probes, Echtzeit-RT-PCR und RT-PCR. Mithilfe dieser Methoden konnte die Viromvielfalt in deutschem Hopfen untersucht, alternative Wirtspflanzen für Hopfenpathogene identifiziert und der Nachweis von Hopfenpathogenen in HTS-Rohdaten vereinfacht werden. Darüber hinaus konnten die potenziellen Risiken der Verwendung von CEOs in nachhaltigen Pflanzenschutzmitteln bewertet werden. Die Ergebnisse dieser Forschung bieten letztlich praktische Lösungen zur Verbesserung der Pflanzengesundheitsdiagnostik und liefern wichtige Erkenntnisse für die Überwachung von Hopfenpathogenen.
Autor*in
Ali Pasha
Themen in »Advancing the Hop Pathogen Diagnostic Techniques to Investigate the German Hop Virome and to Evaluate the Viroid Transmission Risk«
Pflanzenkrankheiten Diagnostik Viren