@phdthesis{Zhu2020,
  author    = {Zhu, Mo},
  title     = {Germination and differentiation of \(Blumeria\) \(graminis\) ascospores and effects of UV-C and white light irradiation on \(B.\) \(graminis\) conidial prepenetration},
  doi       = {10.25972/OPUS-16647},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-166470},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Blumeria graminis, the obligate biotrophic grass powdery mildew, is a highly pathogenic fungus capable of inflicting foliar diseases and of causing severe yield losses. There is asexual and sexual propagation in the life cycle of B. graminis. In the epidemiological processes of this pathogen, both types of spores - asexual conidia and sexual ascospores - are crucial. Conidia of B. graminis are demonstrated to perceive cuticular very-long-chain aldehydes as molecular signal substances notably promoting germination and differentiation of the infection structure (the appressorium) - the prepenetration processes - in a concentration- and chain-length-dependent manner. Conidial germination and appressorium formation are known to be dramatically impeded by the presence of free water on the host surface. However, sexually formed ascospores are reported to easily germinate immersed in water. There are abundant assays on conidial prepenetration processes. However, with respect to the stimulating effects of very-long-chain aldehydes and to the influence of the presence of free water, ascosporic prepenetration processes are still obscure. In order to study the effects of very-long-chain aldehydes on the ascosporic prepenetration processes of wheat powdery mildew fungus B. graminis f. sp. tritici, Formvar®-based in vitro systems were applied to exclude the secondary host effects (such as host resistance) and to reproducibly provide homogeneous hydrophobic substratum surfaces. By the presence of even-numbered very-long-chain aldehydes (C22 - C30), the appressorium formation of the ascospores was notably triggered in a chain-length dependent manner. N-octacosanal (C28) was the most inducing aldehyde tested. Unlike conidia, ascospores could easily differentiate immersed in water and showed a more variable differentiation pattern even with a single germ tube differentiating an appressorium. To evaluate the alternative management against barley powdery mildew fungus Blumeria graminis f. sp. hordei, the suppressing effects of UV-C irradiation on the developmental processes of conidia on artificial surfaces (in vitro) and on host leaf surfaces (in vivo) were assayed. In vitro and in vivo, a single dose of 100 J m-2 UV-C was adequate to decrease conidial germination to < 20 \% and to reduce appressorium formation to values < 5 \%. UV-C irradiation negatively affected colony pustule size and vegetative propagation. Under photoperiodic conditions of 2h light/16h dark, 6h dark/12h light or 6h dark/18h light, UV-C-treated conidia showed photoreactivation (photo-recovery). White light-mediated photoreactivation was most effective immediately after UV-C irradiation, suggesting that a prolonged phase of darkness after UV-C application increased the efficacy of management against B. graminis. UV-C irradiation increased transcript levels of three putative photolyase genes in B. graminis, indicating those were probably involved in photoreactivation processes. However, mere white light or blue light (wavelength peak, 475 nm) could not induce the up-regulation of these genes. To determine whether visible light directly impacted the prepenetration and penetration processes of this powdery mildew pathogen, conidia of Blumeria graminis f. sp. hordei and Blumeria graminis f. sp. tritici were inoculated onto artificial surfaces and on host leaf surfaces. Samples were analyzed after incubation periods under light conditions (white light intensity and spectral quality). Increasing white light intensities directly impaired conidial prepenetration processes in vitro but not in vivo. Applying an agar layer under the wax membrane compensated for conidial water loss as a consequence of high white light irradiation. Light stimulated in vitro and in vivo the appressorium elongation of B. graminis in a wavelength-dependent manner. Red light was more effective to trigger the elongation of appressorium than blue light or green light assayed. Taken together, the findings of this study demonstrate that 1) a host surface recognition principle based on cuticular very-long-chain aldehydes is a common feature of B. graminis f. sp. tritici ascospores and conidia; 2) the transcriptional changes of three putative photolyase genes in B. graminis are mediated in a UV-C-dependent manner; 3) light directly affected the (pre)penetration processes of B. graminis.},
  subject      = {Blumeria graminis},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hansjakob2012,
  author    = {Hansjakob, Anton},
  title     = {The role of cuticular waxes in the prepenetration processes of Blumeria graminis f.sp. hordei},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72840},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Der obligat biotrophe Pilz Blumeria graminis f.sp. hordei gilt als Erreger des Gerstenmehltaus, einer destruktiven Erkrankung der Gerste (Hordeum vulgare). Als Folge des Befalls mit B. graminis f.sp. hordei drohen erhebliche Ernteeinbußen. Das kutikul{\"a}re Wachs von Gerstenbl{\"a}ttern besteht haupts{\"a}chlich aus prim{\"a}ren Alkoholen (80\%), Alkylestern (10\%) sowie aus geringf{\"u}gig vorkommenden Bestandteilen wie Fetts{\"a}uren (2\%), Alkanen (2\%) und Aldehyden (1\%). Der initiale Kontakt der asexuellen und durch die Luft verbreiteten Konidien findet auf der Blattoberfl{\"a}che in einer Umgebung statt, die von den kutikul{\"a}ren Wachsen bestimmt ist, welche Keimung und Differenzierung stimulieren. W{\"a}hrend der Keimungs- und Differenzierungsphase durchlaufen die Konidien eine sequenzielle Morphogenese, die so genannten Pr{\"a}penetrationsprozesse. Dabei bilden die Konidien auf der Pflanzenoberfl{\"a}che zun{\"a}chst einen prim{\"a}ren, kurzen und im weiteren Verlauf einen sekund{\"a}ren, elongierten Keimschlauch aus. Im Anschluss daran schwillt dieser an und wird letztlich zu einem septierten Appressorium differenziert. Mit Hilfe des Appressoriums dringt der Pilz dann in die Epidermiszelle der Wirtspflanze ein und bildet ein initiales Haustorium, das die Ern{\"a}hrung des Pilzes sicherstellt. Um den Einfluss von einzelnen Wachsbestandteilen der Wirtspflanze auf die Pr{\"a}penetrationsprozesse systematisch zu untersuchen wurde ein neues in vitro System auf der Basis von Formvar®-Harz etabliert. Dieses System erm{\"o}glicht die Erzeugung homogener Oberfl{\"a}chen als Substrate f{\"u}r den Pilz, bei denen sowohl die aufgelagerten Mengen als auch die Oberfl{\"a}chenhydrophobizit{\"a}t unabh{\"a}ngig von den getesteten Substanzklassen und Kettenl{\"a}ngen der Molek{\"u}le hochgradig reproduzierbar sind. In diesem System haben langkettige Aldehyde die Keimung und die Differenzierung von B. graminis f.sp. hordei Konidien am wirksamsten induziert, wobei die Raten der Appressorienbildung in Abh{\"a}ngigkeit von der Konzentration und der Kettenl{\"a}nge im Vergleich zu n-Hexacosanal (C26), das sich als am effektivsten zeigte, abnahmen (C22<<C24<C26>C28>>C30). Die getesteten gerad- und ungeradzahligen Alkane (C24-C33), Fetts{\"a}uren (C20-C28), Alkylester (C40-C44) und prim{\"a}ren Alkohole (C20-C30) hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Keimung und die Appressorienbildung des Pilzes. Der prim{\"a}re Alkohol n-Hexacosanol (C26) stellte hierbei eine Ausnahme dar, da er die Keimung und die Bildung des Appressorium-Keimschlauchs signifikant erh{\"o}hte. Um die Rolle von langkettigen Aldehyden auf einer intakten Pflanzenoberfl{\"a}che in vivo genauer zu untersuchen wurden B. graminis f.sp. hordei Konidien auf Bl{\"a}tter von glossy11 Mutanten der Nicht-Wirtspflanze Mais (Zea mays) inokuliert. Anders als der Wildtyp weisen glossy11 Bl{\"a}tter keine langkettigen Aldehyde auf. Auf glossy11 Bl{\"a}ttern keimten 60\% der B. graminis f.sp. hordei Konidien nicht und nur 10\% der Konidien entwickelten ein reifes Appressorium, was einer dreimal geringeren Rate als auf Wildtyp-Bl{\"a}ttern entspricht. Durch das Bespr{\"u}hen von glossy11 Bl{\"a}tter mit synthetischem n-Hexacosanal oder mit Wachs des Wildtyps wurden die pilzlichen Pr{\"a}penetrationsprozesse wieder vollst{\"a}ndig durchlaufen. Wurden im Gegensatz dazu Bl{\"a}tter des Mais-Wildtyps mit nicht induzierenden n-Alkanen, prim{\"a}ren Alkoholen oder langkettigen Fetts{\"a}uren bespr{\"u}ht, konnte das den Aldehyd-defizienten Ph{\"a}notyp von glossy11 imitieren. W{\"a}hrend der Pr{\"a}penetrationsprozesse wird ein Appressorium gebildet, wobei es sich hierbei um eine neu gebildete Zelle handelt. Die Keimung und die anschließende Morphogenese sind wichtige Schritte in der Etablierung der pilzlichen Infektionsstrukturen. Da diese Prozesse in einigen phytopathogenen Pilzen mit dem Zellzyklus gekoppelt sind wurde untersucht, inwieweit die Pr{\"a}penetrationsprozesse von B. graminis f.sp. hordei mit dem Verlauf des Zellzykluses synchronisiert sind. Hierf{\"u}r wurde eine Methode basierend auf DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole) zur F{\"a}rbung der Zellkerne f{\"u}r fixierte Pr{\"a}parate von B. graminis f.sp. hordei Konidien entwickelt. Mittels eines pharmakologischen Ansatzes war es auf diese Weise erstmals m{\"o}glich die Abh{\"a}ngigkeit der Pr{\"a}penetrationsprozesse von der Mitose in vivo und in vitro zu verfolgen. Sechs Stunden nach der Inokulation trat nach Ausbildung des Appressorium-Keimschlauchs eine Mitose in der einkernigen Konidie auf. Die Hemmung der S-Phase mit Hydroxyharnstoff oder die Hemmung der M-Phase mit Benomyl verhinderten eine Bildung des Appressoriums, nicht aber die Entwicklung des Appressorium-Keimschlauchs. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Mitose und eine abgeschlossene Zytokinese notwendige Voraussetzungen f{\"u}r die Appressoriumsbildung, jedoch nicht f{\"u}r die Morphogenese der Konidie, sind. Als Reaktion auf bestimmte Wachsbestandteile der Wirtspflanze werden pilzliche Gene, die w{\"a}hrend der Pr{\"a}penetrationsprozesse eine wichtige Rolle spielen k{\"o}nnen, differenziell exprimiert. Um solche Gene zu identifizieren wurden cDNA Klonbibliotheken mittels der suppression subtractive hybridization (SSH) 22 Minuten nach der Inokulation erstellt. Das auf Formvar®-Harz basierende in vitro System erm{\"o}glichte die selektive Anreicherung von cDNA Sequenzen aus B. graminis f.sp. hordei Konidien, die auf n-Hexacosanal beschichteten Oberfl{\"a}chen inokuliert wurden. Aus einer Reihe von Kandidaten wurde eine cDNA-Sequenz identifiziert, die sowohl auf Gerstenbl{\"a}ttern als auch auf mit n-Hexacosanal oder extrahiertem Gerstenwachs beschichteten Oberfl{\"a}chen hochreguliert war. Mittels 3' und 5' RACE wurde das n-Hexacosanal induzierte Transkript kloniert. Diese cDNA-Sequenz wies keine Homologien zu bekannten Genen, die Funktionen in der pilzlichen Entwicklung und der Ausbildung von Pathogenit{\"a}t in Pflanzen haben, auf.},
  subject      = {.},
  language  = {en}
}