Projekte der Forschungsgruppe Umweltgenomik und Systembiologie | ZHAW Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen IUNR

Massennachweis des Tomato Brown Rugose Fruit Virus durch Hochdurchsatz-Sequenzierung (ToViPoRe)

Von Tomato Brown Rugose Fruit Virus befallene Tomatenpflanzen. — Befallene Tomantenpflanzen. (Quelle: Salvatore Davina, Heike Scholz-Döbelin, https://gd.eppo.int)

Die Schweizer Landwirtschaft steht durch das hochansteckende Tomato Brown Rugose Fruit Virus (ToBRFV) unter Druck. Das Virus befällt Tomaten und Peperoni, was massive Ertragsausfälle und wirtschaftliche Verluste verursachen kann. Es wird hauptsächlich über Werkzeuge oder Pflanzenmaterial übertragen und breitet sich durch den globalen Handel mit Saatgut und Jungpflanzen aus. Seit 2021 wurde das Virus mehrfach auf importierten Pflanzen in der Schweiz nachgewiesen.

Schweizer Tomatenproduzenten fordern deshalb bessere Diagnosetests, da die aktuellen Methoden für Massentests ungeeignet sind. Ein Forschungsprojekt, finanziert vom Bundesamt für Landwirtschaft, zielt auf die Entwicklung eines schnellen, spezifischen und kostengünstigen molekularen Tests sowie die Kombination mit Hochdurchsatz-Sequenzierung. Dies ermöglicht den Nachweis des Virus und verwandter Tomatenviren sowie die Analyse vieler Proben gleichzeitig.

In Zusammenarbeit mit Akteure aus Forschung und Praxis wird technologisches Neuland betreten, mit dem Ziel, die Diagnostik von Pflanzenpathogenen zu revolutionieren.

Projektlaufzeit: 02/2023-01/2025
Projektpartner: Bundesamt für Landwirtschaft BLW, Agroscope, Landwirtschaftliche Zentrum Liebegg, Bioreba AG

Weiterentwicklung einer eDNA-Methode zur Erfassung der Artenvielfalt von Wirbellosen im urbanen Raum

Ein Stadtplan aus der Vogelperspektive mit einer Vielzahl von Gebäuden mit flachen Dächern, von denen einige Grünflächen auf ihren Dächern haben, umgeben von Strassen und einem Parkplatz. — Die zunehmende Verstädterung verringert die Lebensräume der Arten und führt zum Verlust der biologischen Vielfalt.

Als essentielle Lebensgrundlage betrifft uns der starke Rückgang der Biodiversität sehr direkt, und trotzdem stellt uns ihr Erhalt vor grosse Herausforderungen. So ist der Verlust an Lebensräumen, gerade in immer dichter besiedelten Gebieten, einer der Hauptverursacher dieser Rückgänge. Um diesen Artenverlusten mit gezielten Massnahmen entgegenzuwirken, sind Methoden das Monitoring der Artenvielfalt wichtig, und genau dort setzt dieses Projekt an. Von diesen Rückgängen sind auch die Wirbellosen, z.B. Spinnen oder Insekten, stark betroffen. Gerade für letztere, als artenreichste Klasse aller Tiere, wurden in den letzten Jahrzehnten sehr grosse Rückgänge dokumentiert.

Wie die meisten Lebewesen hinterlassen auch Insekten oder Spinnen in ihren Lebensräumen Spuren, in welchen sich sehr kleine Mengen ihrer DNA finden lassen. Diese DNA wird auch Umwelt-DNA (oder im englischen eDNA) genannt und in diesem Projekt zunutze gemacht, um ihr Potential für das Erfassen der Biodiversität im urbanen und zersiedelten Raum zu untersuchen. Für die Gewinnung dieser DNA-Spuren werden verschiedene Techniken experimentell getestet und die DNA im Labor mittels Next-Generation Sequencing sequenziert. Dabei soll die Skalierbarkeit auf Orte ausserhalb des Untersuchungsparameters gewährleistet bleiben.

Projektlaufzeit: 06/2024-03/2025
Projektpartner: Extern

EBDOmics – Vergleichende Genomik von Enterobacter-Arten, die Zwiebel-Fäulnis verursachen

Nahaufnahme von in Scheiben geschnittenen Zwiebeln mit deutlichen Verfallserscheinungen, die gebräunte Ränder und eine breiige Textur vor dunklem Hintergrund aufweisen. — Verfallende Schichten wie diese können sowohl bei selbst angebauten als auch bei im Geschäft gekauften Zwiebeln auftreten, die von der Enterobacter-Zwiebelkrankheit betroffen sind.

Enterobacter-Krankheit der Zwiebeln (EBDO) wird durch Mitglieder des Enterobacter-cloacae-Komplexes verursacht, einer vielfältigen Gruppe von Enterobacter-Arten, die sowohl in klinischen Isolaten als auch in der Umwelt vorkommen. Trotz langjähriger Bekanntheit fehlen systematische Studien zur Taxonomie der Isolate und zu den Virulenzfaktoren spezifisch für Pflanzenpathogene.

Das Projekt zielt darauf ab, die Position der EBDO-Isolate innerhalb der Gattung Enterobacter mit modernen taxonomischen und phylogenomischen Methoden zu bestimmen. Dafür werden Isolate gesammelt und auf ihre Fähigkeit zur EBDO-Verursachung getestet (WP1). Die Genome pflanzenpathogener Isolate werden sequenziert, um deren taxonomische Stellung zu klären (WP2). Pangenom-Analysen pflanzenpathogener und klinischer Isolate sollen Pathogenitätsfaktoren identifizieren und auf ihre Rolle in der Zwiebelkrankheit testen (WP3).

Auf Grundlage der Genomdaten werden LAMP-basierte Diagnosetests entwickelt, die eine frühzeitige Erkennung pflanzenpathogener Isolate im Feld ermöglichen (WP4). Das Projekt liefert wichtige Erkenntnisse zur Unterscheidung pflanzenpathogener, umweltbezogener und klinischer Isolate sowie zur Prävention und Bekämpfung von EBDO. Gleichzeitig trägt es zur Klärung der Rolle als opportunistischer Humanpathogen des E. cloacae-Komplexes bei.

Projektlaufzeit: 01/2022-04/2025
Projektpartner: University of Pretoria; University of the Witwatersrand; University of Venda; University of Limpopo
Auftraggeber: SNF-Projektförderung / Projekt Nr. 204333

Wirkungsgrad von Fern-UV-C und Entwicklung eines Botrytis-Resistenzen-Schnelltests

Eine Sammlung von Petrischalen, die jeweils unterschiedliche Stadien des Pilzwachstums enthalten, meist von grau-weisser Farbe und in Reihen vor einem dunklen Hintergrund angeordnet sind. — Wirkung der UV-C Belichtung auf Botrytis-Sporen. Bereits nach 60 – 120 Sekunden Belichtungszeit, werden die Sporen eliminiert.

Die Forschungsgruppe Umweltgenomik und Systembiologie der ZHAW führt parallel zum Forschungsprojekt des Bundesamtes für Landwirtschaft (BLW), «Nicht-chemische Behandlung von Erdbeerjungpflanzen gegen Botrytis cinerea», weitergehende Arbeiten durch. Das Projekt umfasst verschiedene Projektmodule. Es wird untersucht, welche UV-C Wellenlängen effektiver und in der Anwendung sicherer sind (Fern-UV-C). Im Gegensatz zu normalem UV-C kann Fern-UV-C menschliches Gewebe nicht durchdringen. In diesem Modul wird die Wirkung von Fern-UV-C auf verschiedene Erreger getestet und der Wirkungsgrad ermittelt. Im Projektmodul "Schnelltest Entwicklung" wird ein molekularbiologischer Schnelltests zum Nachweis von Botrytis-Resistenzen gegen Botrytizide entwickelt.

Projektlaufzeit: 11/2022-03/2025
Projektpartner: Landwirtschaftliche Zentrum Liebegg