Wirkung eines Toxins vonPhytophthora infestans (Mont.) de Bary auf Kartoffelblätter

Zusammenfassung

Die Wirkung eines vonPhytophthora infestans in Flüssigkultur ausgeschiedenen Toxins auf Kartoffelblätter wurde mit Hilfe von drei Blattests untersucht. Diese unterschieden sich hinsichtlich der Applikationstechnik: Aufsprühen der Toxinlösung, Injektion, Hineinstellen abgeschnittener Blätter in Toxinlösung. Aufsprühen der Toxinlösung führte zur Ausbildung einer Vielzahl punktförmiger Nekrosen, die denen nach Inokulation mit einem inkompatiblen Pathotyp vonP. infestans glichen. Applikation nach den anderen beiden Methoden führte zu Welke- und Absterbeerscheinungen.

Die Ermittlung der Dosis/Wirkung-Beziehung ergab, dass die geringste schädigende Toxinkonzentration 0,1 war, bezogen auf das Kulturfiltrat (=1). Das Toxin erwies sich als sortenspezifisch. Blattschäden nach Toxinapplikation traten ausschliesslich beiSolanum tuberosum und nich bei anderen Pflanzenarten auf. Der vergleichende Blatt- und Knollentest der Fraktionen der Gelfiltration liess darauf schliessen, dass die in beiden Tests ermittelte Toxizität auf dieselben Substanzen zurückzuführen ist.

Summary

A toxin secreted byP. infestans in liquid culture was purified by ultrafiltration and its effects were examined in leaf tests by spraying, injection and immersion of detached leaves in the toxin solution. Spraying resulted in the development of numerous point-like necroses which resembled inoculation with an incompatible pathotype ofP. infestans. Injection resulted in a yellowing and wilt within three days and eventually, after four or five days, death of the entire leaf. Detached leaves with their petioles immersed in toxin solution also showed yellowing and wilting within three days (Fig. 1), as well as a drastic reduction in leaf fresh weight and chlorophyll content (Fig. 2).

The relationship between dose of toxin and leaf damage in the three leaf tests (Table 1) showed that the different numbers of lesions produced by spraying enabled more precise differentiation of damage than the other two tests, and allowed quantification of the toxin over a wider range of concentrations. The weakest concentration causing damage was 0.1, relative to the raw culture filtrate (=1). The toxin could be detected at this concentration in spray and injection tests.

When leaves of different cultivars were placed in toxin solution they clearly differed in the intensity and speed of their necrotic reactions, showing that the reaction was cultivar specific (Table 2). There was, however, no obvious correlation in these results between the toxin-induced reaction and resistance toP. infestans, so that the reaction is not yet a test for selecting resistant cultivars. In spray tests the toxin damaged only the leaves ofSolanum tuberosum and not other Solanaceae or representatives of other plant families (Table 3). The damaging effect of the toxin is therefore presumed to be restricted to the speciesSolanum tuberosum.

Gel filtration was used to determine whether the materials in culture filtrates toxic to potato leaves, also damaged tuber tissue. Eluted fractions were collected and compared for their toxic effects in leaf and tuber tests. The leaf tests were examined initially for their sensitivity to the ion strength and salt content of the elution buffer. The injection test was least sensitive (Table 4) and was therefore chosen for toxicity testing. The same factions which proved toxic in leaf tests, scored three days after application, also had a damaging effect on tuber tissue (Fig. 3, A and B). There was general agreement between the intensity of leaf damage and tuber damage, but the low toxicity of fractions 13–16 in the tuber test was not detected in the leaf tests.

It can be concluded on the basis of the correlation between the results of leaf and tuber tests that the same substance damage leaf and tuber tissues. Carbohydrates, proteins or glycoproteins, toxic atom concentrations, could be involved, as is shown in Fig. 3, C and D.

Résumé

Une toxine sécrétée par une culture hydroponique du champignonPhytophthora infestans a été purifiée par ultrafiltration, puis son action a été étudiée à l'aide de trois tests foliaires. Ces tests se différenciaient par la méthode d'application: pulvérisation de la solution toxique, injection et trempage des feuilles coupées dans la solution toxique. La pulvérisation de la solution avait pour effet la formation d'une multitude de petites nécroses qui ressemblaient beaucoup aux symptômes obtenus après inoculation avec un pathotype incompatible deP. infestans. L'injection de la solution toxique provoquait déjà après 3 jours le jaunissement et flétrissement et entraînait la mort des folioles après 4 à 5 jours. Des feuilles détachées, dont le pétiole a été trempée dans la solution présentaient également après 3 jours un jaunissement et flétrissement (fig. 1), ainsi qu'une perte rapide du poids et de la teneur en chlorophylle (fig. 2).

La relation entre la dose toxique et l'effet dommageable sur feilles a été analysée à l'aide des trois tests de feuilles (tabl. 1). En présentant une relation entre le nombre des lésions et la concentration de toxines, le test par pulvérisation a permis une meilleure délimitation quantitative de ces toxines que les deux autres méthodes. La concentratlon de la toxine la plus faible provoquant des lésions était de 0,1 (filtrat de culture non dilué=1). L'effet de la toxine a été obtenu à cette concentration par la pulvérisation et l'injection.

Des feuilles de différentes variétés ont été mises dans de la solution toxique. Les variétés examinées se distinguaient nettement quant à l'intensité et la rapidité des réactions (tabl. 2). Il s'agit d'une réaction spécifique des variétés à la toxine. Comme ces résultats n'ont pas encore permis d'obtenir une corrélation entre le taux de nécroses induites par la toxine et la résistance auP. infestans, la réaction du végétal à la toxine ne peut pas encore être utilisée comme test pour la sélection des variétés. La toxine provoquait des dégâts uniquement sur feuilles deSolanum tuberosum, mais pas sur les autres solanacées, ni sur des représentants d'espèces d'autres familles comme le montre le test de pulvérisation (tabl. 3).

Afin d'étudier si les substances toxiques pour les feuilles de pommes de terre contenues dans le filtrat de culture provoquent également des dégâts sur le tissu des tubercules, ou s'il s'agit d'autres substances, il a été procédé à une filtration par gel. L'éluat ayant été fractionné et récupéré, chaque fraction a été testée quant à son effet toxique sur feuilles et tubercules. Il s'agissait de déterminer la sensibilité des feuilles aux ions et à la concentration en sel du tampon de l'éluat. Le test par injection était le moins sensible (tabl. 4) et par conséquent nous l'avons choisi pour les essais de toxicité. L'examen des dégâts provoqués par la toxine, 3 jours après l'application, (fig. 3, A et B) a démontré que la fraction toxique pour feuilles l'était également pour les tubercules. L'intensité des dégâts sur feuilles correspondait à celle observée sur les tubercules. Pourtant les fractions 13–16 se sont révélées peu toxiques, avec l'aide du test des tubercules, ce que le test foliaire n'avait pas démontré.

La bonne corrélation des résultats obtenus entre tests folaires et tests de tubercules permet de conclure que les mêmes substances sont toxiques pour feuilles et tubercules. Il pourrait s'agir d'hydrates de carbone, de protéines ou glycoprotéines qui, à faible concentration, ont un effet toxique (fig. 3, C et D).