Flüchtige organische Verbindungen in ätherischen Ölen als nachhaltige Alternative zu Pestiziden - Entschlüsselung der molekularen Grundlagen, die ihre Wirkungsweise als Initiatoren der Pflanzenimmunität steuern
Falscher Mehltau, verursacht durch Oomyceten aus der Familie der Peronosporaceae, sind Pflanzenkrankheiten, die bei vielen landwirtschaftlichen Kulturen weltweit enorme wirtschaftliche Verluste verursachen können und für den Einsatz riesiger Mengen synthetischer Pestizide verantwortlich sind. Die Weinrebe(Vitis vinifera) ist sehr anfällig für den durch Plasmopara viticola verursachten Falschen Mehltau, der die verheerendste Krankheit im Weinbau darstellt. Um eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern und die Gesundheit von Erzeugern und Verbrauchern zu gewährleisten, sind umweltfreundliche Alternativen zu synthetischen Pestiziden erforderlich. Unter den natürlichen Pflanzenschutzmitteln haben ätherische Öle in mehreren landwirtschaftlichen Kulturen antimykotische Eigenschaften gezeigt. Ihre Leistung hängt jedoch stark vom Zeitpunkt und der Methode der Anwendung ab. Die direkte Anwendung in flüssiger Form hat sich aufgrund der Phytotoxizität, der schlechten Haftung und der hydrophoben Natur der ätherischen Öle, die eine schlechte Vermischung mit Wasser oder anderen chemischen Verbindungen zur Folge hat, als kompliziert erwiesen. Darüber hinaus sind die molekularen Mechanismen, die durch ätherische Öle in Pflanzen und Pathogenen ausgelöst werden und ihre Wirksamkeit bestimmen, noch weitgehend unbekannt. Die Aufklärung der Wirkungsweise ätherischer Öle auf Pathogene und ihrer Rolle bei der Initiierung der Pflanzenimmunität könnte bei der Entwicklung natürlicher und umweltfreundlicher Produkte für den Pflanzenschutz helfen. Ein besseres Verständnis der Initiierung der Pflanzenimmunität würde grundlegende Informationen und neue molekulare Ziele für Kreuzungsstrategien liefern. Um diese Fragen zu beantworten, führten wir im Rahmen des EOVOC-Projekts erste Experimente durch. Wir haben zum ersten Mal nachgewiesen, dass das ätherische Öl vonOregano vulgare in der Dampfphase, das in vivo auf mit P. viticola infizierte Weinreben aufgetragen wird, die Entwicklung des Pilzes wirksam verhindert. In dieser Studie zeigte die Transkriptomanalyse des Rebengenoms, dass die Wirksamkeit der Behandlung mit ätherischem Öldampf zum Teil auf die Initiierung von Abwehrmechanismen der Pflanze zurückzuführen ist. Diese vielversprechenden Ergebnisse unterstreichen das große Potenzial der Dampfbehandlung mit ätherischen Ölen zur Bekämpfung von pathogenen Pilzen und ihre Rolle bei der Aktivierung der pflanzlichen Abwehrkräfte. Unsere Studie wirft jedoch einige wichtige Fragen bezüglich der Wirkungsweise von ätherischen Ölen auf Wirt und Pathogen auf, die mit unseren Experimenten nicht geklärt werden konnten.
Das Projekt DuraPrimVine baut auf unseren bisherigen Ergebnissen auf und hat das allgemeine Ziel, das Potenzial der Dämpfe ätherischer Öle vonO. vulgare und seiner verschiedenen Terpenverbindungen als Immunitätsinitiator in der Pflanze und als antimykotischer Wirkstoff zu ergründen. Das Projekt kombiniert in vitro, in vivo und in situ Experimente an mit P. viticola infizierten und mit verschiedenen flüchtigen Bestandteilen von ätherischen Öldämpfen behandelten Weinreben. Die Behandlungen und Probenahmen werden zu verschiedenen Zeitpunkten vor, nach und während des Infektionszyklus durchgeführt, um die Wirkungsweise der ätherischen Öldämpfe auf die Pflanze und den Krankheitserreger genau zu entschlüsseln. Die RNA-Sequenzierung zur Analyse der Genexpression wird mit gezielten metabolischen Analysen von primären (Aminosäuren, organische Säuren, Zucker) und sekundären Verbindungen kombiniert, die mit der Immunität der Pflanze in Verbindung stehen, wie Phytoalexine (Stilbene, Piceide, Viniferine) und andere Phenylpropanoide. Die Analyse der wichtigsten Hormone wie Salicylsäure, Jasmonsäure, Ethylen und Abscisinsäure, die bekanntermaßen eine Rolle in den Abwehrmechanismen der Pflanzen spielen, wird uns helfen, die Initiierung der Immunität zu charakterisieren und die Interaktionen und Regulierungen der hormonellen Antwort zu entschlüsseln.
Ein weiteres Ziel des Projekts, das in die COST-Aktion CA17111 aufgenommen wurde, ist die Integration der verschiedenen 'omic'-Datensätze und die Entwicklung, Erprobung und Veröffentlichung neuer Methoden und Praktiken für die Verwaltung, Integration und Analyse großer und heterogener Datensätze aus biologischen Experimenten. Die Meta-Analyse der erzeugten und bereits vorhandenen Daten aus verschiedenen Studien wird das grundlegende Wissen über die Interaktionen zwischen Pflanze, Pathogen und Behandlung verbessern. Dies wird neue molekulare Ziele für Programme zur Kreuzung resistenter Pflanzen liefern und die Entwicklung natürlicher Produkte für den Pflanzenschutz beschleunigen.
Der angewandte Teil dieses Projekts baut auf den grundlegenden Ergebnissen auf und besteht aus der Konstruktion, Installation und Feldtests eines Dampfausbringungssystems, das die Infektion mit Krankheiten vermindern und so dazu beitragen wird, den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren, um eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern.
2020 - in Bearbeitung
Partner: Agrifood Research and Technology Centre (Zaragoza), Université de Bordeaux, INRA Bordeaux, Umeå University
Finanzierung: Schweizerischer Nationalfonds
