Didymella bryoniae ist ein mikroskopisch kleiner Schlauchpilz (Ascomycota) aus der Familie der Didymellaceae. Der pflanzenpathogene Pilz ruft bei verschiedenen Kulturpflanzen die sogenannte Gummistängelkrankheit hervor. Mitunter wird die Krankheit auch als Stängelbrand bezeichnet. Die heute weltweit verbreitete Art befällt vor allem Kürbisgewächse (Cucurbitaceae) wie Kürbisse, Gurken und Melonen und richtet dadurch bedeutenden ökonomischen Schaden an.
Beschreibung Didymella bryoniae hat einen pleomorpher Entwicklungszyklus, das heißt, die Art hat eine Hauptfruchtform, bei der die Ascosporen für die sexuelle Vermehrung gebildet werden, und eine Nebenfruchtform, bei der asexuelle Konidiosporen gebildet werden.
Beschreibung der Hauptfruchtform mini|Schemazeichnung des Ascokarps von Didymella bryoniae Bei Didymella bryoniae kommt es wie bei vielen Schlauchpilzen im Zuge der geschlechtlichen Vermehrung zur Bildung eines Fruchtkörpers aus sehr eng ineinander verflochtenen Zellfäden, dem Ascokarp. Genauer handelt es sich beim Ascokarp um ein Pseudothecium; das ist ein Fruchtkörper, an dessen Oberseite sich eine kleine Pore, die Ostiole, befindet.
Pseudothecien Das Pseudothecium ist kugelig, dunkel bis schwarz, in das Gewebe der Wirtspflanze eingesunken und dann hervorbrechend. Es findet sich häufig auf Sprossachsen, Blättern oder Früchten der Wirtspflanze und hat einen Durchmesser von 140 bis 200 Mikrometer. Die Oberfläche besitzt eine bis zu 30 Mikrometer hohe, konische Erhöhung, auf der sich die 30 bis 55 Mikrometer durchmessende Ostiole befindet.
Die Wand der Pseudothecien ist an den Seiten und an der Basis verdickt. Die Wand ist an der Oberseite 18 bis 21 Mikrometer stark. Die Seitenwand hat eine Stärke zwischen 20 und 30 Mikrometer und die Basis hat eine Wandstärke zwischen 25 und 40 Mikrometer. Die Wand besteht aus zwei Schichten: einer äußeren Schicht aus 4 bis 6 Lagen brauner bis dunkelbrauner eckiger Zellen und einer inneren Schicht aus 2 bis 5 (an der Basis auch mehr) Schichten hyaliner oder annähernd hyaliner eckiger Zellen. Die Zellen der Wand haben einen Durchmesser von etwa 10 Mikrometer; die Zellen der Oberwand und der Innenschicht an der Basis sind jedoch kleiner.
Asci Im Pseudothecium befinden sich mehrere Schläuche (Asci), in denen die Ascosporen entstehen. Bei Didymella bryoniae sind die Asci zylindrisch oder annähernd keulenförmig. Sie sind ungestielt oder kurz gestielt und gerade oder gebogen. Sie messen zwischen 60 und 90 Mikrometer in der Länge und sind 10 bis 15 Mikrometer breit.
Die doppelwandigen (sogenannten bitunicaten) Asci bestehen aus einer dünnen spröden Außenhülle und einer dicken elastischen Innenwand. Sobald die Sporen reif sind, reißt die Außenhülle auf, sodass die Innenwand Wasser aufnehmen kann. Infolgedessen beginnt diese mitsamt den in ihr enthaltenen Sporen aufzuquellen, und zwar so lange, bis sie durch die Ostiole aus dem Ascokarp herausragen und die Sporen eine nach der anderen in den freien Luftstrom entlassen werden können.
Pseudoparaphysen Neben den Asci enthalten die Pseudothecien noch sogenannte Pseudoparaphysen, die gemeinsam mit den Asci das Hymenium (die Fruchtschicht) des Pilzes bilden. Die Pseudoparaphysen sind sterile Hyphenenden, die zwischen den Asci stehen. Bei Didymella bryoniae sind sie hyalin und bilden am Ende ein Septum (eine starke Verdickung der Zellwand). Sie stehen in Abständen von 3 bis 10 Mikrometer und sind 2,5 bis 4 Mikrometer stark. Im Gegensatz zu anderen Arten sind die Pseudoparaphysen bei Didymella bryoniae persistent, bleiben also die ganze Fruchtreife durch erhalten.
Ascosporen Jeder Ascus enthält 8 Ascosporen, diese sind biseriat, das heißt in zwei Reihen angeordnet. Sie sind oval oder fast umgekehrt eiförmig, gerade oder gebogen. Sie sind hyalin mit einem Septum in der Mitte oder kurz darüber und messen 14 bis 18 × 2 bis 6 Mikrometer. Die Ascosporen sind am Septum leicht eingeschnürt. Sie bestehen aus zwei Zellen: einer etwas größeren oberen und einer kleineren unteren. Die Wand ist glatt. Im Inneren der Zellen befinden sich kleine Öltröpfchen.
Beschreibung der Nebenfruchtform mini|Schemazeichnung Pyknidie von Didymella brioniae In befallenem Gewebe der Wirtspflanze ist die Nebenfruchtform Phoma cucurbitacearum wesentlich häufiger zu finden als die sexuelle Form. Die ungeschlechtlichen Fruchtkörper werden – im Gegensatz zu den sexuellen Pseudothecien – Pyknidien genannt.
Pyknidien Die Pyknidien finden sich auf Sprossachsen, Blättern und Früchten der Wirtspflanze. Sie stehen solitär oder herdenartig. Die Pyknidien sind kugelig oder unregelmäßig kugelig und tief in das Wirtsgewebe eingesunken, brechen aber daraus heraus. Sie sind dunkelbraun, ihr Durchmesser beträgt zwischen 80 und 380 Mikrometer. Die Wand besteht aus 2 bis 4 Lagen gelblich-brauner Zellen. Dabei ist die Zellwand der äußersten Schicht verdickt. Die Oberfläche ist glatt mit auswachsenden Hyphen. Jede Pyknidie besitzt eine Ostiole (sehr selten zwei), die sich während der Fruchtreife zu einer Art Nacken ausdehnen.
Im Inneren der Pyknidien befindet sich ein Rasen aus konidiogenen Zellen, das heißt Zellen, an denen auf ungeschlechtlichem Weg die Konidien entstehen. Die konidiogenen Zellen sind weiß oder schwach gelb-braun.
Konidien Die Konidien bei Didymella bryoniae sind sehr variabel. Sie sind zylindrisch mit abgerundeten Enden, kugelig, fast kugelig oder oval und gerade oder gebogen. Kleinere Konidien sind meist ohne Septum, größere mit einem Septum. Extrem selten finden sich auch Konidien mit zwei Septa.
Die hyalinen Konidien messen zwischen 6 und 13 Mikrometer × 2 bis 4,5 Mikrometer.
Verbreitung Didymella bryoniae ist kosmopolitisch verbreitet. Der Schwerpunkt der Verbreitung liegt aber außerhalb der Tropen. In den Subtropen ist die Art weit verbreitet, in den gemäßigten Zonen tritt sie vor allem in Gewächshäusern auf.
Versuche mit Wassermelonen (Citrullus lanatus) haben gezeigt, dass die Art Pflanzen bei Temperaturen zwischen 7 und 29,5 °C befällt. Bei 24 °C liegt das Optimum, bei 29,5 °C ist die Art nur noch sehr eingeschränkt überlebensfähig. Eine vollständige Entwicklung inklusive Teleomorphe findet nur zwischen 20 und 28 °C statt.Holliday, S. 132.
Im Labor lässt sich der Pilz gut auf Weizenmehl-Agar und Malz-Agar als Nährmedium kultivieren.Boerema et al., S. 237.
Ausbreitung Die Art wurde erstmals im Jahr 1869 in Deutschland auf einer Zaunrübe (Bryonia sp.) nachgewiesen. Der erste Nachweis von Didymella bryoniae auf einer Kulturpflanze stammt aus Italien, wo sie in einem unbekannten Jahr auf einer Zuckermelone (Cucumis melo) festgestellt und im Jahr 1885 von Giovanni Passerini als Didymella melonis beschrieben wurde. Im Jahr 1891 wurde die Art unabhängig voneinander in Frankreich und in Delaware in den Vereinigten Staaten auf Wassermelonen (Citrullus lanatus) nachgewiesen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Art dann im Mittleren Westen der USA und auf Puerto Rico nachgewiesen. In den 1950ern wurde die Art in Pakistan gemeldet, aus den 1960er Jahren gibt es Nachweise aus Malawi und Tansania, spätestens in den 1980ern erreichte sie Neuseeland. Wie sich die Art so schnell ausbreiten konnte, ist noch nicht abschließend geklärt; wahrscheinlich hat aber die Verbreitung infizierter Wirtsamen durch den Menschen dazu beigetragen.
Lebenszyklus und Ökologie Treffen Konidien oder Ascosporen von Didymella bryoniae auf eine geeignete Wirtspflanze, setzen sie sich dort fest und beginnen dort in Abhängigkeit von Temperatur, Feuchtigkeit, pH-Wert und anderen Verhältnissen zu keimen. Dabei schwillt die Konidie zunächst an und ein Keimfaden wächst heraus. Dabei beginnt die Keimung bevorzugt an einer Verletzung der Wirtspflanze, auf einer völlig unbeschädigten Pflanze kann Didymella bryoniae nur bei ansonsten optimalen Bedingungen keimen.
Durch Zellteilung entsteht eine Hyphe, also ein Zellfaden aus mehreren verketteten länglichen Zellen. Diese verzweigt sich beim weiteren Wachstum mehrfach und bildet so ein umfangreiches Hyphengeflecht (Myzel). Ist das Wachstum weit genug fortgeschritten und sind genügend Nährstoffe vorhanden, beginnt die Fruktifikation und zunächst entstehen Pyknidien, in denen neue asexuelle Konidien reifen und freigesetzt werden.
Der sexuelle Teil des Lebenszyklus wird eingeleitet, sobald zwei passende Hyphen aufeinandertreffen. Diese stammen aus demselben Hyphengeflecht, das auch die ungeschlechtlichen Sporen ausbildet. Dabei kommt es bei Didymella bryoniae oft zur Selbstbefruchtung, eine Eigenschaft, die als homothallisch bezeichnet wird. Nach der Paarung bildet sich nun ein Pseudothecium aus und setzt neue Ascosporen frei.
Wenn die Wirtspflanze stirbt oder infizierte Teile herunterfallen, können die Pseudothecien bis zu zwei Jahre im Boden verbleiben und dann immer noch verweht werden und Ascosporen entlassen.
Wirtspflanzen Betroffene GattungAnzahl betroffene Arten Bennincasa 1 Bryonia 3 Citrullus 2 Cucumis 3 Cucurbita 5 Cyclanthera 1 Lagenaria 1 Luffa 2 Momordica 2 Sechium 1 Sicyos 1 Trichosanthes 1 Der Pilz befällt bevorzugt Kürbisgewächse (Cucurbitaceae) und wurde auf mindestens 12 Gattungen und 23 Arten aus dieser Familie nachgewiesen.
Dabei befällt er besonders häufig Kürbisse (Cucurbita), im Speziellen den Moschus-Kürbis (Cucurbita moschata) und den Garten-Kürbis (Cucurbita pepo). Ebenso häufig wie Kürbisse werden Gurken (Cucumis), insbesondere Salatgurken (Cucumis sativus), und Arten der Gattung Citrullus, hier insbesondere die Wassermelone (Citrullus lanatus), befallen.
Deutlich seltener wurde Didymella bryoniae von Nachtschattengewächsen (Solanaceae), Melonenbaumgewächsen (Caricaceae) und Primelgewächsen (Primulaceae) isoliert.Boerema et al., S. 238 Seit 1977 tritt die Art allerdings regelmäßig an Tomaten (Solanum lycopersicum) in niederländischen Gewächshäusern auf und verursacht dort große Schäden.Boerema et al., S. 239
Antagonisten Die Schlauchpilzart Trichoderma longibrachiatum kann an den Hyphen von Didymella bryoniae parasitieren und den Pilz so massiv schwächen.
Auch die Bakterien Pseudomonas chlororaphis oder Lysobacter gummosus, Paenibacillus polymyxa und Serratia plymuthica sind Antagonisten der Art und können das Wachstum hemmen.
Krankheitsbild mini|Läsionen am Stamm einer Wassermelone (Citrullus lanatus) verursacht durch Didymella bryoniae mini|Durch Didymella bryoniae verursachte Flecke auf einer Wassermelone (Frucht) Didymella bryoniae verursacht bei ihren Wirtspflanzen die sogenannte Gummistängelkrankheit.
Auf den Laubblättern bilden sich zunächst Flecke, die sich vom Blattrand her zur Mitte hin ausbreiten. Die Läsionen wachsen sehr schnell und können sich um einen halben Zentimeter in 12 Stunden ausbreiten. Dabei bilden sich Nekrosen, die zum Blattrand hin heller werden und nach und nach eintrocknen. Zwischen gesundem und krankem Gewebe ist das Blatt matt und dunkler grün. Auf den nekrotischen, braun bis hell beigen Flecken bilden sich Pyknidien und Pseudothecien, die als schwarze kleine Punkte erscheinen und zuweilen ringartig angeordnet sind. Die Pünktchen können gut ohne Lupe erkannt werden.
Die Sprossachse wird ebenfalls befallen, wo sich ähnliche Symptome zeigen. Von Weitem betrachtet erscheinen die Stellen durch die vielen Pyknidien grau. Sie sind meist im unteren Bereich der Pflanze und vor allem bis zum Wurzelhals zu finden. Im oberen Teil der Pflanze treten sie eher an Verzweigungsstellen bei Seitentrieben auf. In späterem Stadium kann der Befall den gesamten Stängel umschließen und die Pflanze zum Welken oder Absterben bringen. Dies führt zu einer gummiartigen Konsistenz des Stängels, was der Krankheit den Namen gab. Am Stängel kann es zu gelblich transparenten, gummiartigen Saftausscheidungen (Exsudat) kommen, die eintrocknen und als feste Tropfen bleiben.