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Charakterisierung und Nutzung von bakteriellen Quorum Sensing Molekülen für die Weiterentwicklung eines umweltgerechten Pflanzenbaus
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
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Editorial on plants as alternative hosts for human and animal pathogens
Many of the most prevalent and devastating human and animal pathogens have part of their lifecycle out-with the animal host. These pathogens have a remarkably wide capacity to adapt to a range of quite different environments: physical, chemical and biological, which is part of the key to their success. Many of the well-known pathogens that are able to jump between hosts in different biological kingdoms are transmitted through the faecal-oral and direct transmission pathways, and as such have become important food-borne pathogens. Some high-profile examples include fresh produce-associated outbreaks of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella enterica. Other pathogens may be transmitted via direct contact or aerosols are include important zoonotic pathogens. It is possible to make a broad division between those pathogens that are passively transmitted via vectors and need the animal host for replication (e.g. virus and parasites), and those that are able to actively interact with alternative hosts, where they can proliferate (e.g. the enteric bacteria). This research topic will focus on plants as alternative hosts for human pathogens, and the role of plants in their transmission back to humans. The area is particularly exciting because it opens up new aspects to the biology of some microbes already considered to be very well characterised. One aspect of cross-kingdom host colonisation is in the comparison between the hosts and how the microbes are able to use both common and specific adaptations for each situation. The area is still in relative infancy and there are far more questions than answers at present. We aim to address important questions underlying the interactions for both the microbe and plant host in this research topic
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