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Charakterisierung und Nutzung von bakteriellen Quorum Sensing Molekülen für die Weiterentwicklung eines umweltgerechten Pflanzenbaus
Projekt
Förderkennzeichen: 2811NA033
Laufzeit: 01.11.2012
- 31.12.2015
Fördersumme: 233.431 Euro
Forschungszweck: Grundlagenforschung
Die Aktivierung und Stärkung des pflanzlichen Immunsystems ist eine vielversprechende Alternative im Pflanzenschutz. Das Konzept umfasst eine Sensibilisierung (priming) der Kulturpflanzen gegenüber Pathogenen, die einen hohen Ernteertrag auch unter Pathogendruck gewährleistet. Bakterielle quorum sensing Moleküle haben die Eigenschaft, Pflanzen zu sensibilisieren und sind deshalb eine mögliche Ergänzung zum Einsatz von Pflanzenschutzmaßnahmen. Das Ziel dieses Vorhabens war es, Immunantwort und physiologische Veränderungen in wichtigen Kulturpflanzen, wie Gerste, Weizen, Tomaten und Luzerne nach einer Sensibilisierung mit QS Molekülen zu analysieren. Eingesetzt wurden einerseits langkettige Acyl-Homoserinlaktone, wie das oxo-C14-HSL, und andererseits nützliche, nicht-pathogene oxo-C14-HSL-produzierende Rhizobakterium, wie Sinorhizobium meliloti und Rhizobium radiobacter F4 (RrF4), das aus dem nützlichen Pilz Piriformospora indica isoliert wurde. Wir konnten eine oxo-C14-HSL-induzierte Resistenz von Arabidopsis Pflanzen demonstrieren und zeigen, dass diese Resistenzinduktion auf der Basis eines Salicylsäure/Oxylipin-abhängigen systemischen Signal generiert wird. Darüber hinaus bewirkt eine oxo-C14-HSL Behandlung bei Gerste und Weizen eine verstärkte Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies und eine transkriptionelle Regulation verteidigungsrelevanter Genen. Die oxo-C14-HSL-induzierte Sensibilisierung bewirkt eine Verstärkung der Pflanzenzellwand und eine Abwehrreaktion in den Stomata, wodurch ein Eindringen von bakteriellen und pilzlichen Krankheitserregern und deren Proliferation in der Pflanze stark gehemmt werden. Zudem wurde überraschenderweise gefunden, dass oxo-C14-HSL auch die Vermehrung des humanpathogenen Erregers Salmonella enterica serovar Thyphimurium in Arabidopsis verhindert. Dieser Effekt war starker ausgeprägt bei direkter Behandlung mit oxo-C14-HSL, während eine Behandlung mit oxo-C14-HSL-produzierendem S. meliloti keine gute Wirkung gegen Salmonellen zeigte. Unsere Ergebnisse verdeutlichen, das bakterielle quorum sensing Moleküle eine positive Wirkung auf Pflanzen haben. Die hier beschriebene Acyl-Homoserinlakton-induzierte Resistenz (AIR) ist ein neues Modell zur pflanzlichen „Sensibilisierung“ für schnellere und stärkere Abwehrreaktionen auf künftige Stresssituationen und bahnt somit einen vielversprechenden Weg im modernen Pflanzenschutz.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenbau
- Pflanzenschutz
Rahmenprogramm
Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN)
