Compounds for activating defense priming in plants

• Wirkstoffe zur Aktivierung des Abwehr-Primings in Pflanzen

Schillheim, Britta; Conrath, Uwe (Thesis advisor); Slusarenko, Alan (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Moderne synthetische Pestizide bieten einen wirksamen Pflanzenschutz, rufen jedoch auch ökologische und gesundheitliche Bedenken hervor. Zur Realisierung eines umwelt- und verbraucherfreundlichen Pflanzenschutzes ist es notwendig, wirksame natürliche oder naturnahe Wirkstoffe zu finden, um die Mengen an synthetischen, teilweise schädlichen Stoffen auf den Anbauflächen und Endprodukten zu verringern. Eine vielversprechende Strategie ist die Verwendung von Substanzen, die über das sogenannte Abwehr-Priming wirken. Durch die Vorbehandlung von Pflanzen mit einer Priming-induzierenden Substanz werden pflanzenspezifische Abwehrmechanismen auf eine verbesserte Krankheitsresistenz und Stresstoleranz vorbereitet. Ein auf einer Petersilie-Zellkultur beruhendes Screening-System zum Auffinden neuer Priming-induzierender Substanzen wurde in dieser Arbeit für einen höheren Durchsatz optimiert. Durch das Screening wurden 13 Verbindungen verschiedener chemischer Gruppen mit Priming-induzierender Aktivität gefunden: Zwei Pyrazol-Derivate, das Tensid Surfactin (SFT), Methioninsulfoximin (MSO), Buthioninsulfoximin (BSO), das auf Sulfon basierende entzündungshemmende Arzneimittel Vioxx und vier auf Sulfoximin basierende Vioxx-Analoga. Drei der Priming-induzierenden Verbindungen waren Glucosinolate bzw. Isothiocyanate (Glucosinolat-Abbauprodukte), die natürlicherweise in Kreuzblütlern enthalten sind: Glucobrassicin (GBC) und die Isothiocyanate Sulforaphan (SFN) und Benzylisothiocyanat (BIT). Die Vorbehandlung von Arabidopsis thaliana (im Folgenden Arabidopsis) mit SFN verstärkte die Aktivierung des WRKY6-Abwehrgens durch den bakteriellen Elicitor flg22 und aktivierte das PDF1.2-Gen direkt. Das SFN-induzierte Abwehr-Priming ging mit der Modifikation von Histonen und der Öffnung des Chromatins auf den Promotoren der Abwehrgene WRKY6 und PDF1.2 einher. Die Vorbehandlung mit SFN scheint auch die Anfälligkeit von Arabidopsis gegenüber dem falschen Mehltau (Hyaloperonospora arabidopsidis) zu verringern. Da SFN auch eine antimikrobielle Aktivität aufweist, konnte nicht unterschieden werden, ob die verringerte Krankheitsanfälligkeit gegen den falschen Mehltau auf Abwehr-Priming, eine direkte Hemmung des Erregers oder eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten zurückzuführen ist. SFN ist eine natürliche Verbindung, die Bestandteil der menschlichen Ernährung ist. Daher ist SFN ein vielversprechender Kandidat für die Entwicklung eines neuartigen, ungefährlichen Pflanzenschutzmittels mit einer doppelten Wirkungsweise.