Visualisierung früher Infektionsherde der Reisexplosionskrankheit (Magnaporthe oryzae) an Gerste (Hordeum vulgare) mit einem einfachen Mikroskop und einem Smartphone

Magnaporthe oryzae, der Reisexplosionspilz, infiziert eine Reihe von Getreidekulturen, darunter Gerste, Weizen und Reis¹. Dieser Erreger verursacht verheerende Krankheiten und stellt eine weltweite Bedrohung für diese wertvollen Nutzpflanzen dar, die zu vollständigen Ernteverlusten führt, wenn er nicht kontrolliert wird. Viele Labore auf der ganzen Welt konzentrieren sich auf die Reisexplosionskrankheit aufgrund ihrer globalen Bedrohung und ihrer Eigenschaften als hervorragendes Modell für Pflanzen-Pilz-Interaktionen². Es wurde vollständig sequenziert, und die Genetik seines Infektionszyklus, insbesondere der frühen Ereignisse, wurde festgestellt ^3,4. Der Lebenszyklus beginnt damit, dass eine Spore auf einer Blattoberfläche keimt und die spezialisierte Penetrationsstruktur bildet, die als Appressorium bezeichnet wird. Das Appressorium dringt in das Blattgewebe ein und die Infektion setzt sich mit der Entwicklung von Läsionen fort, die den Prozess der Sporulation auslösen und die Krankheit verbreiten⁴. Die Verhinderung eines dieser frühen Ereignisse würde diese verheerende Krankheit drastisch hemmen. Folglich konzentrierte sich der Großteil der aktuellen Forschung zur Blastenerkrankung auf die frühen Infektionsschritte, von den gekeimten Konidien, die ein Appressorium bilden, bis zur Entwicklung der invasiven Hyphen und des biotrophen Grenzflächenkomplexes (BIC)⁵.

Die umfangreiche Forschung zur Explosionskrankheit wurde bei Reis durchgeführt, obwohl M. oryzae ein bedeutender Krankheitserreger für eine Vielzahl von Nutzpflanzen ist und neu entwickelte Stämme zu einer globalen Bedrohung für Weizen werden⁶. Während Reis neben Weizen und Mais zu den drei wichtigsten Grundnahrungsmitteln gehört, um die Bevölkerung zu ernähren, ist Gerste das vierte Getreidekorn in Bezug auf Viehfutter und Bierproduktion⁷. Mit dem Wachstum der Craft-Beer-Industrie wächst auch der wirtschaftliche Wert von Gerste. Es gibt deutliche Vorteile bei der Verwendung von M. oryzae und Gerste als Pathosystem zur Untersuchung von Blastenkrankheiten. Erstens gibt es Stämme von M. oryzae , die nur Gerste infizieren, sowie Stämme, die mehrere Grasarten infizieren können. Zum Beispiel infiziert 4091-5-8 hauptsächlich nur Gerste, während Guy11 und 70-15 sowohl Gerste als auch Reis⁸ infizieren können. Diese Stämme sind genetisch ähnlich und der Infektionsprozess ist vergleichbar⁹. Zweitens ist Gerste unter Standard-Labor- und Gewächshausbedingungen einfacher zu züchten, da sie nicht die komplizierten Anforderungen von Reis hat (präzise Temperaturkontrolle, hohe Luftfeuchtigkeit, spezifische Lichtspektren). Es gibt auch Herausforderungen bei der Bildgebung von Reis aufgrund der Hydrophobie der Blattoberfläche, die Gerste nicht aufweist¹⁰.

Dieses Protokoll stellt eine einfache Methode zur Isolierung und effektiven Nutzung von Gerstenblatthüllen für die mikroskopische Analyse mehrerer Infektionsstadien dar, wobei gängiges Laborzubehör und ein Smartphone zur Datenerfassung verwendet werden. Diese Methode für den Gerstenblattscheiden-Assay ist für Labore auf der ganzen Welt anpassbar, da sie nur minimale Vorräte erfordert und dennoch ein klares Bild der mikroskopischen Wechselwirkung zwischen dem Erreger und den ersten Zellen, die er infiziert, liefert. Während Pathogenitätstests, wie z. B. eine Spray- oder Tröpfchenimpfung, eine Makroansicht der Fähigkeit des Erregers, Läsionen zu bilden, liefern können, ermöglicht dieser Assay dem Forscher, bestimmte Schritte der frühen Infektion zu visualisieren, von Ereignissen vor der Penetration bis zur Besiedlung von Epidermiszellen. Darüber hinaus können die Forscher die Infektion mit dem Wildtyp-Pilz leicht mit einer Infektion mit einer Mutante vergleichen, deren Virulenz reduziert ist.