Pflanzenpathologie

Die Pflanzenpathologie ( Phytopathologie) ist die wissenschaftliche Untersuchung von Pflanzenkrankheiten , die durch Krankheitserreger (Infektionsorganismen) und Umweltbedingungen (physiologische Faktoren) verursacht werden. ^{[ 1 ]} Sie umfasst die Erforschung der Erregeridentifizierung, der Krankheitsursachen , Krankheitszyklen, wirtschaftlichen Auswirkungen, Epidemiologie von Pflanzenkrankheiten , Pflanzenresistenz , der Auswirkungen von Pflanzenkrankheiten auf Mensch und Tier, der Pathosystemgenetik und des Managements von Pflanzenkrankheiten.

Pflanzenpathogene, also Organismen, die infektiöse Pflanzenkrankheiten verursachen , umfassen Pilze , Oomyceten , Bakterien , Viren , Viroide , virusähnliche Organismen, Phytoplasmen , Protozoen , Nematoden und parasitäre Pflanzen . ^{[ 2 ]} In den meisten pflanzlichen Pathosystemen hängt die Virulenz von Hydrolasen und Enzymen ab, die die Zellwand abbauen . Die überwiegende Mehrheit dieser Enzyme wirkt auf Pektine (z. B. Pektinesterase , Pektatlyase und Pektinasen ). Für Mikroorganismen sind die Zellwandpolysaccharide sowohl Nahrungsquelle als auch eine zu überwindende Barriere. Viele Pathogene vermehren sich opportunistisch, wenn der Wirt seine eigenen Zellwände abbaut, meist während der Fruchtreife . ^{[ 3 ]} Im Gegensatz zur Human- und Tierpathologie konzentriert sich die Pflanzenpathologie üblicherweise auf einen einzelnen Erreger; es hat sich jedoch gezeigt, dass einige Pflanzenkrankheiten auf Wechselwirkungen zwischen mehreren Pathogenen zurückzuführen sind. ^{[ 4 ]}

Zur Besiedlung einer Pflanze verfügen Krankheitserreger über spezifische Pathogenitätsfaktoren , die sich in fünf Haupttypen unterteilen lassen: den Einsatz von zellwandabbauenden Enzymen, Toxinen , Effektorproteinen, Phytohormonen und Exopolysacchariden .

• Zellwandabbauende Enzyme : Diese werden verwendet, um die pflanzliche Zellwand abzubauen und die darin enthaltenen Nährstoffe freizusetzen. Zu ihnen gehören Esterasen, Glycosylhydrolasen, Lyasen und Oxidoreduktasen. ^{[ 5 ]}
• Toxine : Diese können nicht wirtsspezifisch sein und alle Pflanzen schädigen oder wirtsspezifisch sein und nur an einer Wirtspflanze Schäden verursachen.
• Effektorproteine : Diese können von Pathogenen wie Bakterien, Pilzen und Oomyceten ^{[ 6 ] [ 7 ]} in die extrazelluläre Umgebung oder direkt in die Wirtszelle sezerniert werden, häufig über das Typ-III-Sekretionssystem . Einige Effektoren sind dafür bekannt, Immunprozesse des Wirts zu unterdrücken. ^{[ 8 ]} Dies kann die Reduzierung oder Hemmung der internen Signalmechanismen der Pflanze oder die Verringerung der Produktion von sekundären Pflanzenstoffen umfassen. ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• Phytohormone sind chemische Substanzen, die von Pflanzen zur Signalgebung eingesetzt werden; Krankheitserreger können diese produzieren, um das Pflanzenwachstum zu ihrem eigenen Vorteil zu verändern.
• Exopolysaccharide sind meist kleine Zuckerketten, die Krankheitserregern helfen, sich an die Oberfläche einer Pflanze anzuheften und so den Infektionsprozess einzuleiten.

Manche abiotische Störungen können mit durch Krankheitserreger hervorgerufenen Störungen verwechselt werden. Zu den abiotischen Ursachen zählen natürliche Prozesse wie Dürre , Frost , Schnee und Hagel ; Überschwemmungen und mangelhafte Entwässerung; Nährstoffmangel ; Ablagerung von Mineralsalzen wie Natriumchlorid und Gips ; Windbrand und Sturmschäden; sowie Waldbrände . ^{[ 10 ]}

Die Epidemiologie befasst sich mit den Faktoren, die den Ausbruch und die Ausbreitung von Infektionskrankheiten beeinflussen. ^{[ 11 ]}

Das Krankheitsdreieck beschreibt die grundlegenden Faktoren, die für Pflanzenkrankheiten erforderlich sind. Dies sind die Wirtspflanze, der Krankheitserreger und die Umwelt. Jeder dieser Faktoren kann verändert werden, um eine Krankheit zu bekämpfen. ^{[ 12 ]}

Die Krankheitsresistenz von Pflanzen ist ihre Fähigkeit, Infektionen durch pflanzenpathogene Erreger zu verhindern und zu beenden. Strukturen, die Pflanzen vor dem Eindringen von Pathogenen schützen, sind die Kutikularschicht, die Zellwände und die Schließzellen der Stomata. Sobald Pathogene diese Barrieren überwunden haben, initiieren Pflanzenrezeptoren Signalwege, um Moleküle zu bilden, die mit den fremden Molekülen konkurrieren. Diese Signalwege werden durch Gene innerhalb der Wirtspflanze beeinflusst und ausgelöst und können durch Züchtung resistenter Sorten verändert werden. ^{[ 13 ]}

Alte Methoden der Blattuntersuchung und des manuellen Aufbrechens von Pflanzenmaterial werden heute durch neuere Technologien ergänzt. Dazu gehören molekularpathologische Assays wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die RT-PCR und die Loop-vermittelte isotherme Amplifikation (LAMP). ^{[ 14 ]} Obwohl die PCR mehrere molekulare Zielstrukturen in einer einzigen Lösung nachweisen kann, gibt es Grenzen. ^{[ 14 ]} Bertolini et al. (2001), Ito et al. (2002) und Ragozzino et al. (2004) entwickelten PCR-Methoden für das Multiplexing von sechs oder sieben molekularen Produkten pflanzenpathogener Erreger, Persson et al. (2005) für das Multiplexing von vier mit RT-PCR. ^{[ 14 ]} Für eine umfassendere molekulare Diagnostik sind PCR-Arrays erforderlich . ^{[ 14 ]} Die weltweit am häufigsten eingesetzte Nachweismethode ist der Enzymimmunoassay (ELISA) . ^{[ 15 ]}

Fruchtwechsel ist eine traditionelle und mitunter wirksame Methode, um die Etablierung einer parasitären Population zu verhindern. Beispielsweise kann man sich vor einer Infektion mit Agrobacterium tumefaciens , dem Erreger von Gallenkrankheiten bei vielen Pflanzen, schützen, indem man Stecklinge vor dem Einpflanzen in eine Suspension von Agrobacterium radiobacter in die Erde taucht. ^{[ 16 ]}

Die Pflanzenpathologie hat sich seit der Antike entwickelt, beginnend mit Theophrast in der Antike, aber die wissenschaftliche Erforschung begann erst in der frühen Neuzeit mit der Erfindung des Mikroskops und entwickelte sich im 19. Jahrhundert weiter. ^{[ 17 ]}

• George Washington Carver
• Anton de Bary
• Erwin Frink Smith
• Agnes Robertson Arber
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