Infection and spread of <em>Peronospora sparsa</em> on <em>Rosa</em> sp. (Berk.)

Abstract

Downy mildew caused by Peronospora sparsa is one of the most destructive disease of roses, observed to produce asymptomatic infections and therefore difficult to control. The present research took different approaches to study the development and spread of <i>P. sparsa</i> in rose plants. On one hand, microscopical and histological observations of the infection process were conducted; on the other hand, IR thermography was evaluated as a non-invasive method for detecting the infection. These analyses were performed with isolates collected during epidemics of the disease in Colombian rose crops, the obtained samples being characterized by their latent period, incidence of sporulation and production of sporangia and oospores. The isolates proved to be alike with respect to the evaluated biological parameters. Hence, their aggressiveness can be said to be similar regardless of the location or cultivar of origin.<br /><i>P. sparsa</i> generated germ tubes and invaded the leaves not only in a direct mode making use of appressoria, but through the stomata on the abaxial surface as well. As to the vertical spread of the pathogen in the leaves, infection of epidermal cells on the opposite layer to the inoculated surface occurred 96 hours after inoculation (hai). Horizontally, the whole leaf lamina was colonized 120 hai. Mesophyll, epidermal and bundle sheath cells were penetrated by filiform haustoria. Although the capacity of <i>P. sparsa</i> to sporulate through the upper cuticle was observed, sporangia were more densely produced on the abaxial leaf surface. Oospores formed mainly in the spongy parenchyma after abaxial inoculation. Following adaxial inoculation, they were also produced under the upper cuticle, where hyphae spread extensively on the horizontal plane. These observations were associated with the strong damage observed in heavily infected leaves. Leaf age affected the speed and distance of pathogen spread, as well as the amount of sporangia and oospores produced. The highest values and the fastest spread of the pathogen occurred in young leaves as contrasted to more mature ones. Hyphae grew in parallel to leaf veins, along the cortical tissue of petioles and in the stem cortex. Progression of <i>P. sparsa</i> growth by hyphae was rarely observed in xylem and phloem. These results confirm that the intercellular space is highly important for long distance colonization by the pathogen. Leaf petioles were necessary for infection spread along the leaf and into the stems. The presence of oospores in leaflets and petioles showed the trajectory of the pathogen, while their density indicated the favorability of leaf tissues to <i>P. sparsa</i> development. The ability of the pathogen for systemic invasion of plant tissue from localized sites of infection was demonstrated. Leaf tissue colonization was observed to occur acro- and basipetally.<br /> Thermography allowed the detection of downy mildew one or two days earlier than by visual inspection of the plants. Infection by <i>P. sparsa</i> resulted in a progressive leaf temperature increase, associated in turn to stomatal closure. Temperature declined at the late stages of the disease due to dense colonization and tissue damage, which favored leaf transpiration and water loss. Thermal imaging confirmed the spread of <i>P. sparsa</i> from localized infection sites to asymptomatic colonized areas. Changes in leaf temperature during pathogenesis also allowed differentiation of the rose cultivars by their susceptibility. Thus, thermal imaging comes to be an ideal tool for studying <i>P. sparsa</i> - <i>Rosa</i> sp. interaction. Moreover, the potential of IR thermography for the detection of downy mildew in presymptomatic stages was demonstrated.

<strong>Infektion und Ausbreitung von <em>Peronospora</em> <em>sparsa</em> an <em>Rosa</em> sp. (Berk.) : eine mikroskopische und thermographische Befallsbewertung</strong><br /> Der Falsche Mehltau, <em>Peronospora sparsa</em>, ist einer der wirtschaftlich am meisten schädigenden Krankheitserreger an Rosen, vor allem in vielen Ländern mit der Produktion von Schnittrosen. Das Pathogen befällt Rosen symptomlos und ist daher schwer zu detektieren und zu kontrollieren. In den vorliegenden Untersuchungen wurden verschiedene Ansätze zur Differenzierung der Entwicklung und der Ausbreitung von<i> P. sparsa</i> an Rosen durchgeführt. Zum einen wurden mikroskopische und histologische Beobachtungen des Infektionsprozesses durchgeführt; zum anderen wurde IR-Thermographie als nicht invasive Methode genutzt, um Infektionen nachzuweisen. Diese Analysen wurden mit verschiedenen Isolaten des Pathogens durchgeführt, die nach epidemischem Auftreten in kolumbianischen Schnittrosenkulturen gesammelt worden waren. Die Isolate wurden charakterisiert hinsichtlich ihrer Latenzperioden, des Sporulationsverhaltens und der Bildung von Sporangien und Oosporen. Sie erwiesen sich als sehr ähnlich hinsichtlich der biologischen Parameter. Daher konnte deren Aggressivität als ähnlich eingestuft werden, unabhängig vom Fundort und der jeweiligen Sorte. <br /><i>P. sparsa</i> bildete Keimschläuche und drang in die Blätter nicht nur durch direkte Infektion unter Bildung von Appressorien ein, sondern auch durch die Spaltöffnungen der abaxialen Blattoberfläche. Es konnte eine vertikale Ausbreitung des Pathogens in den Blättern beobachtet werden, wobei die Besiedelung der Epidermiszellen auf der der Inokulation gegenüber liegenden Blattseite 96 Stunden nach der Inokulation nachgewiesen werden konnte. In horizontaler Ebene wurde das gesamte Blatt nach etwa 120 Stunden besiedelt. Das Mesophyll, Epidermiszellen und Blattgefäßzellen wurden durch filiforme Haustorien penetriert. Obwohl die Fähigkeit von <i>P. sparsa</i> zur Sporulation auch auf der oberen Kutikula der Blätter zu beobachten war, wurden Sporangien deutlich häufiger auf der unteren Blattoberfläche gebildet. Oosporen wurden nach Inokulation der unteren Blattseiten vor allem im Schwammparenchym gefunden. Nach Inokulation der Blattoberseiten, wurden Oosporen auch unter der oberen Kutikula gebildet, wo unter diesen Bedingungen eine extensive Ausbreitung von Hyphen in horizontaler Ebene gefunden wurde. Diese Beobachtungen gingen mit einer starken Blattschädigung der intensiv befallenen Blätter einher. Das Blattalter beeinflusste die Schnelligkeit und Intensität der Ausbreitung im Blatt aber auch die Menge der gebildeten Sporangien und Oosporen. Die höchste Ausbreitungsintensität und die schnellste Ausbreitung des Pathogens wurden in jungen Blättern nachgewiesen, in reiferen Blättern war dies deutlich geringer der Fall. Hyphen wuchsen parallel zu den Blattadern, entlang dem Gefäßgewebe der Blattstiele und in der Stammrinde. Die Ausbreitung von <i>P. sparsa</i> wurde nur sehr selten im Xylem und Phloem gefunden. Diese Ergebnisse bestätigen, dass der Interzellularraum für die Langstreckenausbreitung des Pathogens sehr bedeutend ist. Die Blattstiele waren für die Infektion und Ausbreitung in Blättern und Stielen notwendig. Das Vorkommen von Oosporen in den Blattflächen und Blattstielen reflektierte die Entwicklungswege des Pathogens, während die Besiedelungsdichte die Eignung von Blattgewebes für den Befall durch <i>P. sparsa</i> verdeutlichte. Bemerkenswert war die Fähigkeit des Pathogens zur systemischen Ausbreitung. Die Besiedelung von Blattgewebe wurde sowohl in acro- als auch basipetaler Richtung beobachtet. <br /> Die Thermographie erlaubte den Nachweis von Falschem Mehltau ein oder zwei Tage vor dem Auftreten sichtbarer Symptome. Die Infektion von <i>P. sparsa</i> führte zu einem progressiven Anstieg der Blatttemperaturen hervorgerufen durch das Schließen der Spaltöffnungen, was in späteren Stadien der Erkrankung sich wiederum verringerte, was zu erhöhter Blatttranspiration und Wasserverlust führte. Auch die thermograpische Visualisiering bestätigte die Ausbreitung von <i>P. sparsa</i> von lokalen Infektionsorten zu symtomlos besiedelten Blattzonen. Im Verlauf der Pathogenese erlaubten Veränderungen der Blatttemperaturen eine Differenzierung der Anfälligkeit von Rosensorten. Die IR-Thermographie erwies sich als eine ideale Möglichkeit zur Untersuchung von <i>P. sparsa</i> – Rosen Interaktionen. Das Potential dieses nicht-invasiven Verfahrens zur Erkennung und Differenzierung von Falschen Mehltauinfektionen in frühen symptomlosen Stadien konnte belegt werden.