Das Cydia pomonella Granulovirus (CpGV) ist ein wichtiges Mittel zur biologischen Bekämpfung von Larven des Apfelwicklers (Cydia pomonella) im integrierten und ökologischen Apfelanbau. CpGV-Mittel stellen eine sehr wirksame und äußerst wirtsspezifische, nützlings- und umweltschonende Alternative zu chemischen Pflanzenschutzmitteln dar. Im Jahre 2005 wurde erstmals von einer Resistenz des Apfelwicklers gegen das damals ausschließlich eingesetzte Isolat CpGV-M berichtet. Bis heute sind mehr als 40 Apfelwickler-Populationen mit einer Minderempfindlichkeit gegen dieses Isolat im europäischen Obstbau bekannt. In Kreuzungsexperimenten wurde für einige dieser Freilandpopulationen eine monogenetische, dominante und geschlechtsgebundene (Z-chromosomale) Vererbung festgestellt. Dieser Befund führte zu der Annahme, dass eine ähnliche Resistenz in den betroffenen Populationen vorliegt, welche als Typ I-Resistenz bezeichnet wurde. Dieser Resistenz-Typus ist offensichtlich gegen eine 24 bp lange, repetitive Insertion im viralen Gen pe38 von CpGV-M gerichtet, denn andere CpGV-Isolate, z.B. das Isolat CpGV-S, ohne diese Insertion zeigten weiterhin eine gute Wirkung gegen Apfelwickler mit Typ I-Resistenz. Einige von ihnen, sind mittlerweile als Pflanzenschutzmittel zugelassen. Diese resistenzbrechenden Isolate gehören den phylogenetischen Genomgruppen B–E von CpGV an, während CpGV-M zur Genomgruppe A gehört. Zwei resistente Freilandpopulationen des Apfelwicklers namens NRW-WE und SA-GO zeigten eine außergewöhnlich stark ausgeprägte Resistenz gegen CpGV-M und andere resistenzbrechende CpGV-Isolate. Es wurde daher angenommen, dass es sich bei diesen Populationen um einen weiteren Resistenztypus (Typ II) handelt. Die beiden Populationen NRW-WE und SA-GO sind Gegenstand der vorliegend Arbeit und wurden hinsichtlich ihrer Resistenzvererbung und ihres zellulären Resistenzmechanismus gegen unterschiedliche CpGV-Isolate untersucht.

Über fünf Generationen hinweg wurden in Massenkreuzungen Individuen von NRW-WE vermehrt und anschließend jeweils durch die beiden Isolate CpGV-M und CpGV-S selektiert. Hieraus resultierten die Apfelwickler-Stämme CpR5M und CpR5S. In beiden Stämmen konnte eine Kreuzresistenz zu beiden CpGV-Isolaten nachgewiesen werden. Durch Rückkreuzungsexperimente zwischen CpR5M bzw. CpR5S mit einem empfindlichen Apfelwickler-Laborstamm (CpS) und anschließende Resistenztests der Nachkommen konnte eine monogenetische und dominante, in diesem Falle aber autosomale Vererbung der Resistenz nachgewiesen werden, welche die Annahme eines zweiten Resistenztypus (Typ II) bestätigte. Als mögliche Erklärung für die Veränderung des festgestellten Resistenzlocus/gens von einem geschlechtsgebundenen zu einem autosomalen Chromosom wurde eine interchromosomale Umordnung unter Beteiligung des Z-Chromosoms vermutet. Diese Hypothese konnte durch Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungen mit 13 Z-chromosomalen Makergenen widerlegt werden, da die Z-Chromosme aller getesteten anfälligen und resistenten Apfelwickler-Stämme eine sehr ähnliche Architektur aufwiesen. Um die Kreuzresistenz in CpR5M und CpR5S weiter zu untersuchen, wurden Resistenztests mit Mischungen von CpGV-M und CpGV-S durchgeführt, wobei keine Virusinfektion nachgewiesen werden konnte. Bei Infektionsversuchen mit einer Rekombinanten von CpGV-M, deren pe38 Gen durch das pe38 des Isolates CpGV-S substituiert war, konnte hingegen eine sehr hohe Mortalität von CpR5M- und CpR5S-Larven erzielt werden. Die beobachtete Infektiosität dieser Rekombinanten führte zu der Hypothese, dass zwei unterschiedliche Resistenzmechanismen in der Typ II-Resistenz vorliegen müssen: Ein Resistenzmechanismus basiert wie bei der Typ I-Resistenz auf dem pe38 Gen für CpGV-M, ein zweiter Mechanismus muss gegen einen unbekannten Faktor von CpGV-S gerichtet sein. Zur weiteren Charakterisierung des unbekannten Resistenzmechanismus gegen CpGV-S wurden zwei vergleichende Untersuchungen in CpS- und CpR5M-Larven durchgeführt: (1) Injektionsversuche, zum Umgehen der Virusinfektion im Mitteldarm der Larven und (2) eine perorale Infektionen mit fluoreszenzmarkierten Viren, um deren Bindung und Fusion mit Mitteldarmepithelzellen zu quantifizieren. Ein signifikanter Unterschied zwischen Injektionen von CpGV-M und CpGV-S konnte festgestellt werden. Dies wies auf eine Resistenz gegen CpGV-S hin, die im Mitteldarm der Larve lokalisiert ist. Hingegen war kein signifikanter Unterschied in der Bindung von CpGV-M und CpGV-S an Mitteldarmepithelzellen von CpR5M festzustellen. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass in CpR5M die Resistenz gegen CpGV-M sich von der Resistenz gegen CpGV-S in ihrem zellulären Mechanismus unterscheidet, der Eintritt des Virus in die Mitteldarmepithelzellen jedoch vermutlich nicht der direkte Zielort der Resistenz von CpGV-S ist.

Für die zweite resistente Apfelwickler-Freilandpopulation SA-GO wurde durch Einzelpaarkreuzungen mit CpS nachgewiesen, dass die Resistenz ebenfalls gegen CpGV-M und CpGV-S gerichtet ist, sich aber sowohl von der Typ I, als auch von der Typ II Resistenz in ihrer Vererbung unterscheidet. Der aus SA-GO selektierte Stamm CpRGO wurde im Labor durch Einzelpaarkreuzungen und Resistenztestung etabliert. In den meisten reziproken Hybridkreuzungen mit CpS zeigte CpRGO in einem siebentägigen Test eine polygenetische und dominante Vererbung der Resistenz. Für die Resistenz gegen CpGV-S wird angenommen, dass die Vererbung für das Überleben der Larven autosomal und dominant ist, jedoch einen rezessiven Einfluss besitzt, wenn man die Anzahl der überlebenden Puppen in Betracht zieht. Für die Resistenz gegen CpGV-M zeigte sich zusätzlich ein Z-chromosmaler Einfluss der Vererbung, ähnlich der Typ I Resistenz, da ausschließlich männliche Larven die Virusbehandlung bis zur Verpuppung überlebten. Anhand dieser Ergebnisse wird für den resistenten Apfelwickler-Stamm CpRGO eine dritte (Typ III) Resistenz gegen verschiedene CpGV-Isolate angenommen.

In einem umfassenden systematischen Resistenztest wurden CpGV-Isolate aus den verschiedenen Genomgruppen A-E hinsichtlich ihrer Virulenz in allen verfügbaren anfälligen und resistenten Apfelwickler-Stämmen untersucht, mit dem Ergebnis, dass nur CpGV-Isolate der Genomgruppe B und C in allen resistenten Stämmen Virusinfektionen auslösen konnten. Zusätzlich wirkten Isolate der Genomgruppe D auch gegen Larven mit Typ III-Resistenz. Für Larven der Typ I-Resistenz bestätigte sich, dass diese nur gegen CpGV-M (Genomgruppe A) resistent sind. Getestete kommerzielle CpGV-Mittel mit den Isolaten R5 und 0006 waren resistenzbrechend für Larven des Typs I und III, wohingegen das Isolat V15 alle resistenten Stämme nach 14 Tagen erfolgreich abtötete.

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen eine hohe Diversität der neuen CpGV-resistenten Apfelwickler-Stämme des Typs II und III gegen verschiedene CpGV-Isolate, sowohl in der Vererbung als auch im Resistenzmechanismus. Die genetische und funktionelle Vielfalt der Resistenzen des Apfelwicklers gegen CpGV-Produkte muss daher bei der Entwicklung geeigneter Resistenzmanagmentstrategien im Obstanbau sorgfältig beachtet werden.