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Induktion von Sekundärstoffen in Vitis vinifera Kalluskulturen durch Hefe-Elicitoren


Pilzliche Pathogene wie Botrytis cinerea und Penicillium ssp. rufen weltweit erhebliche Ernteverluste im Weinanbau hervor. Untersuchungsansätze für einen umwelt-, anwender- und gesundheitsfreundlichen Pflanzenschutz im Obstanbau weisen auf die mögliche Nutzung von nicht-pathogenen Mikroorganismen, wie zum Beispiel Hefen, zur Eindämmung von pilzlichen Erregern hin. Dabei liegt der Untersuchungsschwerpunkt in einem direkten Antagonismus zwischen Hefe und Pathogen, besonders in der Nacherntebehandlung. Ferner steht immer häufiger die Beteiligung von phenolischen Verbindungen als wirkungsvoller Abwehrmechanismus gegen Pathogene im Mittelpunkt von Untersuchungen.

In der vorliegenden Arbeit konnte durch Behandlungen mit einem Kulturfiltrat des nicht-pathogenen, hefeähnlichen Pilzes Aureobasidium pullulans sowohl eine Induktion von konstitutiven phenolischen Verbindungen als auch eine Neusynthese von abwehrrelevanten Resveratrol-Derivaten in Weinkalli, der als pilztolerant bekannten Sorten „Regent“ und „Nero“, hervorgerufen werden. Neben der Identifizierung der Strukturen von Phenylpropanoiden im Weinkallus lag der Schwerpunkt dieser Untersuchung in der Induzierbarkeit von potentiell resistenzfördernden Verbindungen durch Behandlungen mit dem Kulturfiltrat von Aureobasidium pullulans.

Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Behandlungen von Weinkalli der Sorten „Regent“ und „Nero“ mit einem Hefefiltrat von Aureobasidium pullulans, welches vor der Filtratgewinnung zum Abtöten der Hefezellen autoklaviert worden war, führte zu einer Akkumulation der gesamten Phenylpropanoide. Somit kann dieses Filtrat als Elicitor bezeichnet werden.

2. Neben konstitutiv vorkommenden Verbindungen wie mono- und oligomere Catechine, phenolische Säuren, Flavonole und einige Resveratrol-Derivate, die durch eine Elicitation mit Hefefiltrat eine Induktion erfuhren, wurde ferner eine Synthese von neuen, als abwehrrelevant geltenden Verbindungen erzielt, die den Resveratrol-Derivaten zugeordnet werden konnten.

3. Einige konstitutiv vorkommenden, potentiell an Resistenzreaktionen beteiligte Resveratrol-Derivate wurden identifiziert. Es handelt sich dabei vorwiegend um die Resveratrol-Glucoside cis- und trans-Piceid, die beide in vergleichbarer Konzentration vorkommen und die vorherrschenden konstitutiven Resveratrol-Derivate darstellen. Das Aglykon trans-Resveratrol kommt konstitutiv nur in sehr geringen Mengen im Weinkallus vor.

4. Eine Elicitation mit dem Hefefiltrat führte zu einer Neusynthese von Verbindungen, die als das Aglykon trans-Resveratrol und als weitere Resveratrol-Derivate identifiziert wurden. Es gibt Indizien, dass es sich bei diesen Derivaten um Pallidole und Viniferine handelt, die als resistenzrelevante Verbindungen gelten und fungizide Eigenschaften aufweisen.

5. Die Konzentration des Aureobasidium pullulans-Filtrates hatte keinen Einfluss auf die Induktionsintensität der Gesamt-Phenylpropanoide, schien jedoch Einfluss auf die Akkumulation von Resveratrol-Derivaten zu haben. Dabei führte eine Erhöhung der Elicitorkonzentration zu einer gesteigerten Stoffakkumulation, bei gleichzeitiger Abnahme von Chalkon-relevanten Verbindungen.

6. Das als Vorstufe für weitere Derivate geltende Aglykon trans-Resveratrol erfuhr schon 10 Stunden nach einer Elicitation mit Hefefiltrat eine deutliche Akkumulation. Die anderen Resveratrol-Derivate akkumulierten zeitlich verzögert. Dabei hatte die Elicitorkonzentration keinen Einfluss auf die Synthesegeschwindigkeit von Resveratrol und dessen Derivaten. Auch verlief der erste Akkumulationsschub unabhängig von der Filtratkonzentration (Resveratrol: bis 10 Stunden nach Behandlung, die anderen Derivate: bis 24 Stunden nach Behandlung). Das weitere Akkumulationverhalten war jedoch bei allen auf dem Resveratrol basierenden Verbindungen durch eine verminderte Elicitorkonzentration reduziert.

7. Die Stickstoffverfügbarkeit im Kulturmedium der Kalluskultur wirkte sich auf den Primärstoffwechsel nur geringfügig aus. Bezüglich des Sekundärstoffwechsels, führte eine verminderte und, in geringerem Maß, auch eine übermäßige Stickstoffversorgung der Weinkalli zu erhöhten Konzentrationen an Gesamtphenolen, Catechinen, Flavonolen, Anthocyanidinen und konstitutiven Resveratrol-Derivaten im Vergleich zu Kalli, die einer mittleren Stickstoffversorgung ausgesetzt waren. Die Konzentrationen der, als einfache Phenole bezeichneten, Verbindungen nahmen mit zunehmender Stickstoffverfügbarkeit im Medium zu, die Gehalte an Hydroxyzimtsäuren und Gallussäuren hingegen ab.

8. Die Wechselwirkungen der Einflussgrößen Stickstoffverfügbarkeit und Elicitation durch Hefefiltrat führten in den verschiedenen Stoffgruppen zu unterschiedlichen Akkumulationsverhalten, die in weiteren Untersuchungen noch deutlicher zugeordnet werden müssen. Es ist jedoch ersichtlich, dass eine verminderte Stickstoffverfügbarkeit zu einer schnelleren Synthese von Resveratrol und Resveratrol-Derivaten in Weinkalli führte.

9. Auf die genauere Charakterisierung der Wirkbestandteile des Filtrates von Aureobasidium pullulans wurde in dieser Untersuchung nicht eingegangen. Es konnte nur festgestellt werden, dass die elicitierenden Bestandteile hydrophobe Eigenschaften besitzen. Die hydrophilen Bestandteile zeigten in keiner der Stoffgruppen eine deutliche Reaktion.

10. Eine Inokulation der Weinkalli mit einer Botrytis cinerea-Konidiensuspension führte zum Überwachsen der Weinkalli mit Pilzmycel, was innerhalb von 48 Stunden zum Verbräunen der Zellen führte. Eine Botrytis-Infektion brachte jedoch keine Akkumulation irgendeines Phenylpropanoids mit sich.

11. Durch eine Vorbehandlung mit dem Kulturfiltrat von Aureobasidium pullulans wurde das Mycelwachstum nach einer Inokulation mit Botrytis cinerea deutlich verzögert. Die Verzögerung der Pathogenausbreitung war begleitet von einer deutlichen Akkumulation an konstitutiven (ein p-Cumarsäure-Derivat, Catechine, cis/trans-Piceid) und neu synthetisierten Verbindungen (trans-Resveratrol, Pallidole, Viniferine).

Es konnte gezeigt werden, dass das Kulturfiltrat des hefeähnlichen Pilzes Aureobasidium pullulans als wirkungsvoller Elicitor in Weinkalluskulturen fungiert und eine Neusynthese von Resveratrol-Derivaten hervorruft. Durch die Veränderungen im Sekundärstoffwechsel scheint das Resistenzpotenzial der Weinkalluszellen positiv beeinflusst zu werden.