Flüchtige organische Verbindungen aus ätherischen Ölen für eine nachhaltige Kontrolle phytopathogener Pilze in der Landwirtschaft
Die Menge an synthetischen Pestiziden, die im Weinbau eingesetzt wird, ist im Vergleich zu anderen Kulturen relativ hoch, was auf die hohe Anfälligkeit der Weinrebe(Vitis vinifera L.) für Pilzkrankheiten wie Falschen Mehltau (Plasmopora viticola), Echten Mehltau oder Grauschimmelfäule(Botrytis cinerea) zurückzuführen ist. Alternativen zur Reduzierung von Fungiziden sind absolut notwendig, um die Nachhaltigkeit der Ökosysteme im Weinbau zu gewährleisten und einer gewissen Erwartungshaltung der Verbraucher gerecht zu werden. Ätherische Öle (essential oil EOs) gehören zu den vielversprechendsten natürlichen Produkten für den Pflanzenschutz und haben ihre antibakteriellen, antiviralen und antimykotischen Eigenschaften bei verschiedenen landwirtschaftlichen Kulturen unter Beweis gestellt. Die Wirksamkeit von ätherischen Ölen hängt jedoch stark vom Zeitpunkt und der Methode der Anwendung ab. Darüber hinaus sind die molekularen Interaktionen zwischen Wirt, Pathogen und ätherischem Öl, die ihrer Wirksamkeit zugrunde liegen, nicht verstanden.
Um die Nachteile der direkten Anwendung zu umgehen, sollte im Rahmen dieses Projekts festgestellt werden, ob eine kontinuierliche Begasung mit EO verschiedene Krankheitserreger kontrollieren kann, und in einem zweiten Schritt sollten die molekularen Interaktionen und Abwehrmechanismen von Wirt und Krankheitserregern, die durch die Anwendung von EO verursacht werden, verstanden werden. Im Rahmen des Projekts wurde eine maßgeschneiderte Klimakammer gebaut, die es ermöglichte, in Kurz- und Langzeitexperimenten eine kontinuierliche Begasung von Topfreben mit verschiedenen Ölen durchzuführen. Es wurde eine GC-FID-Methode entwickelt, um die verschiedenen Bestandteile der EO sowie die Dampfkonzentration innerhalb der Kammer zu bestimmen. Zunächst wurden verschiedene ätherische Öle aufgrund ihrer in der Literatur berichteten Wirksamkeit ausgewählt und auf verschiedene Krankheitserreger der Weinrebe getestet. Ihre Wirkung wurde visuell beurteilt. Die wirksamsten Öle waren die von Thymus vulgaris und Origanum vulgare, die dann für langfristige molekulare Studien an dem "empfindlichsten" Krankheitserreger, P. viticola, verwendet wurden. Es wurden mehrere Experimente mit Stecklingen von Chasselas-Reben durchgeführt, die mit P. viticola infiziert waren und einer kontinuierlichen Begasung mit unterschiedlichen Konzentrationen und Anwendungsdauer von EO ausgesetzt wurden. Die Pflanzenphysiologie (Photosynthese, Wachstumsgeschwindigkeit) wurde überwacht und Blätter wurden zu verschiedenen Zeitpunkten für die anschließende RNA-Extraktion beprobt.
Als Hauptergebnis des Projekts konnten wir zeigen, dass die 24-stündige Öldampfbehandlung vonO. vulgare nach der Infektion ausreichte, um die Entwicklung des Falschen Mehltaus auf 95% zu reduzieren, was die Hypothese belegt, dass die Dampfphase zur Kontrolle von Krankheitserregern ausreichen kann. Die visuelle Beobachtung konnte durch RNA-Extraktion, Sequenzierung und Mapping auf den Genomen von V. vinifera und P. viticola bestätigt werden. Weniger als 1% der Sequenzen konnten mit dem Genom von P. viticola aus den behandelten Proben in Verbindung gebracht werden, verglichen mit 30% aus den unbehandelten Kontrollen, was die Abwesenheit von P. viticola bei Vorhandensein einer Behandlung bestätigt. Durchschnittlich 80% der Sequenzen konnten für die Expressionsanalyse mit dem V.vinifera-Genom assoziiert werden, was insgesamt 4'800 differentiell exprimierte Transkripte ergab.
Die Analyse der differenziell exprimierten Gene zeigte, dass die durch die EO-Behandlung aktivierten Gene hauptsächlich mit der biotischen Stressreaktion der Pflanzen und der Interaktion zwischen Pflanze und Pathogen in Verbindung standen. Schlüsselgene, die die Synthese von Ethylen, Phenylpropanoiden und Flavonoiden kontrollieren, wurden ebenfalls stark durch EO aktiviert. Diese Ergebnisse zielten in erster Linie darauf ab, die Öl-Wirts-Pathogen-Interaktionen aufzuklären und zu zeigen, dass die antimykotische Wirksamkeit des Öls hauptsächlich auf die Auslösung des angeborenen Immunsystems der Wirtspflanzen zurückzuführen ist. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung für die Herstellung und Erforschung von Biopestiziden, Pflanzenstimulanzien sowie für Strategien zur Züchtung resistenter Pflanzen.
Aufwertung
RIENTH, M., CROVADORE, J., GHAFFARI, S., LEFORT, F., 2019, Oregano essential oil vapour prevents Plasmopara viticola infection in grapevine (Vitis vinifera) and primes plant immunity mechanisms, PLoS ONE, 14(9): e0222854 (Link)
RIENTH M, GHAFFARI S., CLEROUX M., PERNET A., CROVADORE J., REMOLIF E., BURDET J.-P., LEFORT F., Volatile organic compunds from essential oils as a sustainable alternative to pesticides -deciphering the molecular basis underlying their mode of action and their role as plantimmunity primers, The Second Annual Meeting of COST Action CA17111 "INTEGRAPE 2020": Multi-omics data integration for genotype-phenotype association, 3-5 März 2020, Ljubljana, Slowenien.
RIENTH M., CROVADORE J., GHAFFARI S., CLÉROUX M., PERNET A., REMOLIF E., BURDET J.-P., LEFORT F., Origanum vulgare vapor primes defense mechanisms in grapevine (Vitis vinfera) and hampers Plasmopora viticola infection, OENOBIO International Conference, 18. November 2019, Bukarest, Rumänien.
RIENTH M., GHAFFARI S., CLEROUX M., PERNET A., CROVADORE J., REMOLIF E., BURDET J.-P., LEFORT F., Autodefense pathways of Vitis vinifera (Chasselas) can be triggered by essential oil vapor, which blocks downsy mildew (Plasmopora viticola) infection, 42nd World Congress of Vine and Wine, 15-19 July 2019, Genf, Schweiz.
2017 - 2019
Partner: Hepia
Finanzierung: HES-SO
