Analyse der Rostpilz-Resistenz von Fichten

Fichten subalpiner Wälder werden in den Europäischen Alpen zunehmend vom Fichtennadelblasenrost (Chrysomyxa rhododendri) infiziert. Dieser Parasit führt einen Wirtswechsel zwischen Alpenrosen (Rhododendron spp.) und der Fichte (Picea abies) durch und verursacht eine Vergilbung und den Abwurf der diesjährigen Nadeln. Dadurch kommt es zu Wachstumseinbußen bis hin zum Absterben betroffener Bäume. Die Anfälligkeit für diese Rostpilz-Erkrankung variiert zwischen Individuen, und vereinzelt treten auch resistente Bäume auf. In Vorstudien wurde festgestellt, dass diese Resistenzen nicht auf die Nadelphänologie (Austrieb nach Rostpilz-Sporenflug) zurückzuführen sind. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass pflanzliche Abwehrmechanismen (fungizide Nadel-Inhaltsstoffe, z.B. Phenole) oder mechanische Barrieren (Cuticula) eine Rolle spielen. Die wesentlichen Ziele des Projektes sind: (i) Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung von Chrysomyxa- Infektionen. Als wesentlicher Ansatz sind Drohenflüge zu nennen, die eine Bestimmung des Infektionsgrades auf Baum- und kleinflächig auf Bestandesebene ermöglichen. (ii) Vergleich der Cuticula von infizierten und resistenten Bäumen mittels Mikrsokop-Imaging-Techniken. (iii) Analyse phenolischer Nadelinhaltsstoffe. Im Fokus dieser Untersuchungen stehen Änderungen während der Nadelentwicklung und die Vererbbarkeit phenolischer Muster, die in Zusammenhang mit der Resistenz stehen. (iv) Genetische Analysen. Es wird die phänotypische Variabilität der Resistenz und die Expression und Variabilität von potentiellen Resistenzgenen untersuchtundaußerdem derPilz mittels molekularer Marker nachgewiesen. Resistente Bäume und Kontrollbäume sollen als ausgewachsene Pflanzen, als bewurzelte Stecklinge und als Sämlinge untersucht werden. Das Projekt basiert auf einer KooperationdesInstitut für Botanik der Universität Innsbruck, BFW Wien (Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft) und Universität für Bodenkultur BOKU Wien. Das Projekt wird bei der Suche nach resistenten Bäumen,beiderSämlingsaufzuchtund der Stecklings-Bewurzelung durchdie Landesforstdirektion Tirol unterstützt. Die Ergebnisse werden das Verständnis von Schädlings-Wirt-Beziehungen und Resistenzmechanismen verbessern. Die genetischen Analysen und Diagnosemethoden sind bedeutend für zukünftige Strategien zur Gewinnung und zum Einsatz von resistentem Pflanzenmaterial, welches bei Aufforstungen in Tirol und anderen Europäischen Regionen eingesetzt werden kann. In Anbetracht der durch die Klimaänderungzu erwartendenVeränderungen ist nachhaltiges Forstmanagement besonders in Bergökosystemen von enormer gesellschaftlicher Relevanz.

Analyse der Rostpilz-Resistenz von Fichten Fichten subalpiner Wälder in den Europäischen Alpen werden zunehmend vom Fichtennadelblasenrost (Chrysomyxa rhododendri) infiziert. Dieser Parasit führt einen Wirtswechsel zwischen Alpenrosen (Rhododendron sp.) und Fichte (Picea abies) durch und verursacht eine Vergilbung und den Abwurf der diesjährigen Nadeln, wodurch es zu Einbußen im Wachstum bis hin zum Absterben der betroffenen Bäume kommt. Die Empfindlichkeit gegenüber Infektion variiert zwischen Individuen, und vereinzelt treten auch resistente Bäume auf. Vorstudien haben gezeigt, dass diese Resistenzen weder auf die Nadelphänologie (Austriebs-Zeitpunkt nach Rostpilz-Sporenflug) noch auf mechanische Barrieren (Bau von Epidermis und Cuticula) zurückzuführen sind. Das Projekt konzentrierte sich deshalb auf die in den Nadeln gebildeten Abwehrstoffe (fungizide Inhaltsstoffe, z.B. Phenole) und die zugrundeliegenden genetischen Regulationsmechanismen. Die wesentlichen Aspekte des Projektes umfassten: (i) Die Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung von Nadelrost-Infektionen. Drohnenflüge ermöglichten Luftaufnahmen von einzelnen Baumkronen und Baumgruppen, ein neu entwickeltes Bildanalyseverfahren die genaue und objektive Bestimmung des Infektionsgrades anhand der Bilder. Mit Stammzuwachs-Messungen konnten in der Folgestarke Wachstumseinbußen infizierter Fichten nachgewiesen werden. (ii) Die Analyse phenolischer Nadelinhaltstoffe. Messungen belegten, dass sich die Konzentration einzelner Substanzen in den Nadeln während der Nadelentwicklung sowie als Reaktion auf die Infektion deutlich verändert. Ein Zusammenhang der Phenolmuster mit der Resistenz wurde nachgewiesen. (iii) Genetische Analysen. Die Untersuchung der Gen-Expression infizierter Nadeln zeigte eine spezifische, lokal begrenzte Reaktion des Baumes zwei bis drei Wochen nach Infektion. Dabei identifizierte potenzielle Resistenz-Gene konnten auch an adulten Bäumen an der Waldgrenze detektiert werden. Die Kombination genetischer und biochemischer Analysen deutet darauf hin, dass die Pathogen-Antwort der Fichte auf eine Isolierung des Pilzes durch eine hypersensitive Reaktion abzielt, welche mit einer Aktivierung von phenolischen Stoffwechselwegen verbunden ist. Zudem konnte gezeigt werden, dass Düngung - nicht jedoch Trockenstress - die Anfälligkeit der Fichte gegenüber Nadelrost erhöht und Infektionen die Holzanatomie nicht beinträchtigen. Das Projekt wurde in einer Kooperation von Forschungsgruppen des Instituts für Botanik, Universität Innsbruck und des Bundesforschungszentrums für Wald BFW, Wien durchgeführt und durch die Landesforstdirektion Tirol unterstützt. Die Ergebnisse des Projektes verbessern das Verständnis von Pathogen-Wirt-Beziehungen und Resistenzmechanismen in Waldbäumen, erleichtern das Monitoring des Infektionsgeschehens und sind bedeutend für zukünftige Strategien zur Gewinnung und Einsatz von resistentem Pflanzenmaterial bei Aufforstungen in hohen Lagen. Sie tragen damit zu einem nachhaltigen Forstmanagement in Bergökosystemen bei.