Fruit tree canker in apple - can knowledge about genes for

Sveriges lantbruksuniversitet - SLU
Fakulteten för landskapsarkitektur, trädgårds- och växtproduktionsvetenskap
SLU-id ltv 2014.2.5.1-174
Populärvetenskaplig sammanfattning av docentföreläsning 2015-11-06
FD Larisa Gustavsson, institutionen för växtförädling
Fruit tree canker in apple - can knowledge about genes for partial
resistance help to increase resistance levels in apple cultivars?
The apple industry is the largest in the fruit sector in Sweden. Swedish apple production suffers from various diseases and pests, with fruit tree canker (FTC) being the most serious problem. In Sweden, as well as in many other countries, canker causes significant economic losses. This disease is most severe in Northern Europe, since it is favoured by a cool and rainy climate. Heavily affected trees are usually removed from the orchard. In some cases, the entire orchard needs to be eradicated. FTC is caused by the fungal pathogen Neonectria ditissima, which mainly damages branches and the main trunk, but also fruit in storage. The disease is spread long‐distance by spores in the air, and between neighbouring branches and trees via rain splashes. Trees may also become infected during propagation in nurseries and then significant damage become apparent after three to five years in the orchard. Currently, there are no effective chemical measures to control FTC. Growers mainly remove the diseased wood or even entire trees to avoid spreading of the disease. This is time‐ and labour consuming and thus very costly. There is an urgent need to have access to cultivars with higher levels of resistance to the disease. What are the ways towards reducing damages caused by canker? An important step is to identify those cultivars which combine excellent fruit quality and good production with adequate levels of resistance and use them in new plantations or as parents in breeding for new cultivars. To do this, methods for evaluating cultivar differences in their level of resistance are needed. My research group has established efficient and reliable plant tests and with these a large number of cultivars have been evaluated. Several cultivars exhibiting relatively high levels of partial resistance have been identified. To develop efficient breeding strategies, knowledge on the genetic base of partial resistance is important. Besides genetic factors, the resistance level is also affected by e.g., weather conditions, type of soil and physiological conditions of the trees. These factors have to be accounted for in the design of experiments and interpretation of results. Firstly, we followed a QTL discovery approach aiming to identify genomic regions (Quantitative Trait Loci = QTLs) underlying differences in resistance levels. Secondly, we used a gene expression approach. We examined healthy and diseased tissues of susceptible and partially resistant cultivars and identified a number of genes which change their expression in response to FTC attack. Now we aim to find out if any of these genes are localized within the previously found QTL intervals and are likely to be involved in resistance. My intention is to use this knowledge to combine resistance genes by breeding, to get even higher levels of resistance than in the most resistant apple cultivars presently available. General knowledge will also be applicable for other fruit crops, like pear, where damage by fruit tree canker might become a rising problem. Sveriges lantbruksuniversitet - SLU
Fakulteten för landskapsarkitektur, trädgårds- och växtproduktionsvetenskap
SLU-id ltv 2014.2.5.1-170
Populärvetenskaplig sammanfattning av docentföreläsning 2015-11-06 (se svensk översättning nedan)
Dr. sc. nat. Paul G. Becher, institutionen för växtskyddsbiologi, enheten för kemisk ekologi, paul.becher@slu.se
Smell the microbes – a foundation for future chemo-ecological research
Traditionally, chemical ecology has focused on plant‐insect and insect‐insect interactions. However, research in disciplines like entomology, plant biology and microbiology has revealed various interactions between microbes and plants or insects. Chemical signals play a crucial role to establish and maintain those interactions. The increasing number of interactions described consequently provides a rich substrate for chemo‐ecological research. In chemical ecology like in any other biological research area model systems are important tools to understand basic mechanisms of biological phenomena. With the help of model organisms I have during the last years studied chemical signalling of yeasts as well as bacteria in an ecological context. I will present main findings from both those study systems. Drosophila flies are associated with yeasts. The baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae is a eukaryotic model in cell biology, famous for the production of fermentation products, and an important organism in food industry. Drosophila melanogaster, the vinegar fly, has become a main object of studies in behavioural neuroscience and chemoreception. The combination of D. melanogaster and S. cerevisiae is an excellent system to study chemical communication, coadaptation and ecology between insects and microfungi. Yeast is an important food resource for D. melanogaster. Yeast odours serve as the primary signals to find a fruit where the flies feed, mate, oviposit and where larvae develop. Some of the most typical yeast compounds overlap with floral volatiles and attract various insect species. Our findings support the idea that yeasts emit volatile signals to attract insect vectors for the purpose of dispersal. Currently we transfer our knowledge from the model system to the invasive fruit pest, the spotted wing drosophila, D. suzukii and its associated yeast Hanseniaspora uvarum, as a promising approach for the development of sustainable control strategies. Streptomyces bacteria are known to live in close association with plants and insects. The soil bacterium Streptomyces coelicolor is a model for studies on secondary metabolites and cell differentiation. Streptomyces species are famous for the production of bioactive compounds and, ubiquitously found in soil, crucial for the decomposition of organic material. I will present recent data on volatile mediated interactions between S. coelicolor and the soil arthropod Folsomia candida – a springtail that has generally been used as model for trophic interactions and as test organism in toxicity assays. Similar for bacterium as for yeast, our findings indicate that the emission of volatile signals is of functional importance in the ecology and evolution of microorganisms. High throughput sequencing nowadays expands our inventory lists on the diversity of microbes, and helps us answering one of the primary questions of microbiology – “Who is there?”. The answers inevitably will lead to follow‐up questions like “What do they do?” or “How do they interact with others?” Those questions will become some of the major challenges for chemical ecologists in the future. Sveriges lantbruksuniversitet - SLU
Fakulteten för landskapsarkitektur, trädgårds- och växtproduktionsvetenskap
Svensk översättning Dofter från mikrober – en utgångspunkt för framtida kemoekologisk
forskning
Traditionellt har frågeställningar inom kemisk ekologi fokuserat på interaktioner mellan växt‐insekt eller insekt‐insekt. Men forskningen inom områden som entomologi, växtbiologi och mikrobiologi har avslöjat olika slags interaktioner även mellan mikrober och insekter eller växter. Kemiska signaler spelar en avgörande roll för att etablera och upprätthålla dessa interaktioner och det ständigt ökande antalet beskrivna interaktioner erbjuder därför intressanta möjligheter till kemoekologisk forskning. Inom kemisk ekologi, liksom alla andra biologiska forskningsområden, är modellsystem viktiga redskap för att förstå grundläggande mekanismer bakom biologiska fenomen. Med hjälp av modellorganismer har jag under de senaste åren studerat kemiska signaler från jäster och bakterier i en ekologisk kontext och jag kommer att presentera mina huvudsakliga resultat från båda dessa studiesystem. Drosophila flugor är associerade med jäster. Bagerijäst, Saccharomyces cerevisiae, är en eukaryot modellorganism inom cellbiologin, men också känd för framställningen av fermentationsprodukter och en viktig organism inom livsmedelsindustrin. Drosophila melanogaster, bananflugan, har blivit ett huvudobjekt för beteendestudier inom neurovetenskap och kemoreception. Kombinationen av D. melanogaster och S. cerevisiae är ett utomordentligt system för att studera kemisk kommunikation, coadaption och ekologi mellan insekter och mikrosvampar. Jäst är en viktig födokälla för D. melanogaster. Jästdofter fungerar som den främsta signalen för flugorna att hitta en frukt där de äter, parar sig, lägger ägg och där larverna sedan utvecklas. Några av de mest typiska jästsubstanserna överlappar med blomdofter och attraherar många olika insektarter. Våra resultat stödjer uppfattningen att jäster avger flyktiga signaler för att attrahera insektvektorer med syftet att spridas. För närvarande överför vi våra kunskaper från modellsystemet till den invasiva fruktskadegöraren, D. suzukii och dess associerade jäst, Hanseniaspora uvarum, som en lovande infallsvinkel för utvecklandet av hållbara och effektiva kontrollstrategier. Streptomyces‐bakterier är kända för att leva i nära association med växter och insekter. Jordbakterien S. coelicolor är en modell för att studera sekundära metaboliter och celldifferentiering. Streptomyces‐arter är berömda för produktionen av bioaktiva substanser och är allestädes närvarande i jord och helt nödvändiga för nedbrytningen av organiskt material. Jag kommer att presentera mina senaste data på hur flyktiga ämnen förmedlar interaktioner mellan S. coelicolor och jordartropoden Folsomia candida ‐ en hoppstjärt som generellt har använts som modell för trofisk interaktion och som testorganism i toxikologiförsök. Såväl för bakterier som för jäster indikerar våra resultat att avgivandet av flyktiga signalsubstanser är av funktionell betydelse i ekologin och evolutionen av mikroorganismer. “High throughput” sekvensering gör idag att vår lista över diversiteten bland mikrober ständigt expanderar och därmed hjälper oss att besvara den grundläggande frågan inom mikrobiologi – “Vem är där?”. Svaren kommer oundvikligen att leda till följdfrågor som “Vad gör de där?” eller “Hur interagerar de med andra?” och de frågorna kommer att bli en av de stora utmaningarna för kemiska ekologer i framtiden.