Striga-Resistenz in Sorghum bicolor und genetische Variabilität von Striga hermonthica

Abstract

Sorghum bicolor-Varietäten wurden auf mögliche Resistenzmechanismen gegen Striga hermonthica untersucht. Exoenzyme des Parasiten, nötig für den Anschluß an das Gefäßsystem des Wirts, könnten durch Wirts-Exsudate in ihrer Aktivität gehemmt werden. Exsudate resistenter Sorghum-Varietäten zeigten aber keinen von dem suszeptibler Varietäten signifikant abweichenden Einfluß auf die Enzymaktivitäten. In den Wurzeln der (resistenten) Sorghum-Pflanzen konnten keine Phytoalexine nachgewiesen werden. Ein mechanischer Resistenzfaktor ist die Modifikation der Zellwände: NMR-Untersuchungen zeigten keine Unterschiede im Lignin-Gehalt junger Sorghum-Wurzeln resistenter Varietäten verglichen mit denen suszeptibler. Die dünnschichtchromatographische Untersuchung mit Bioautographie der Sorghum-Wurzelexsudate zeigte unterschiedliche Stoffe mit keimungsinduzierender Wirkung in den verschiedenen Sorghum-Varietäten auf. Ein Resistenzmechanismus im Zusammenhang mit der Haustorialinduktion ist höchst unwahrscheinlich. Es gelang ein Verfahren zu etablieren, welches es ermöglichte, S. hermonthica unter völligem Verzicht auf Stoffe von Wirtspflanzen in vitro anzuziehen. S. hermonthica-Pflanzen aus Mali und Kenia wurden anhand der Blütenmerkmale charakterisiert. Es zeigten sich klare morphologische Unterschiede zwischen der west- und der ostafrikanischen Herkunft. Ein genetischer Fingerabdruck von Striga-Pflanzen aus sieben afrikanischen Ländern und dem Jemen wurde mittels RAPD-PCR-Analyse erstellt. Die phylogenetische Auswertung ergab eine klare Aufspaltung in zwei monophyletische Gruppen: Eine Gruppe umfaßte die Herkünfte aus dem westlichen, die andere die aus dem östlichen Afrika und Jemen. Die Untersuchungen lassen somit den Schluß zu, daß in Afrika (zumindest) zwei Gruppen von 'S. hermonthica' mit unterschiedlicher geographischer Verbreitung vorkommen. Möglicherweise kann die eine Gruppe als S. senegalensis abgetrennt werden, ein Taxon, das meist in S. hermonthica eingeschlossen wird.

Sorghum bicolor varieties have been analyzed for resistance factors against Striga hermonthica. Exoenzymes are necessary for the establishment of a physiological bridge (haustorium) from the parasite to the vascular system of its host. Exudates of the host root may alter the activities of the exoenzymes. But exudates of resistant sorghum varieties compared with those of susceptible ones showed no different effects. No phytoalexins were detected in the roots of (resistant) sorghum plants. Lignification of cell walls is possibly a mechanical resistance factor. The lignin contents of young roots of sorghum plants were determined by solid phase NMR spectroscopy: no differences were observed among the studied varieties. Sorghum root exudates of different varieties were separated by thin layer chromatography and tested with a bioassay. The experiments showed different bands corresponding to substances inducing germination of striga seeds. Lacking or low-level production of haustorial inducer is unlikely a resistance trait. An in vitro system has been developed for vegetative propagation and multiplication of striga plantlets without using any substances of striga hosts. Flowers of S. hermonthica plants from Mali (West-Africa) and Kenya (East-Africa) were characterized morphologically: significant differences between the different specimens were determined. Fingerprinting by RAPD-PCR was performed with DNA samples of S. hermonthica plants from seven African countries and the Yemen. Phylogenetic evaluation showed a clear division into two monophyletic groups: one containing the West-African plants and the other composed of the specimens from the eastern African countries and the Yemen. These results support the idea of (at least) two gene pools of 'S. hermonthica' depending on their origin. Perhaps one group could be segregated as S. senegalensis, a taxon that is frequently united with S. hermonthica.