Huth, Miriam Anna: Entwicklung eines in vitro Testsystems zur Identifizierung pflanzlicher Signale für Mehltau (Blumeria graminis) an Weizen (Triticum aestivum). - Bonn, 2021. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-61127
@phdthesis{handle:20.500.11811/8919,
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-61127,
author = {{Miriam Anna Huth}},
title = {Entwicklung eines in vitro Testsystems zur Identifizierung pflanzlicher Signale für Mehltau (Blumeria graminis) an Weizen (Triticum aestivum)},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2021,
month = feb,

note = {Blumeria graminis ist der Erreger des Echten Mehltaus an Weizen (Triticum aestivum), einer der wichtigsten Kulturpflanzen weltweit. Durch diese Pflanzenkrankheit können hohe Ernteverluste verursacht werden. Die Keimung und Differenzierung der Sporen auf der Blattoberfläche sind die ersten Schritte der Pathogenese. Die Kutikula stellt dabei einerseits einen wichtigen Schutzmechanismus der Pflanze dar, andererseits liefert sie auch entscheidende Signale für die Entwicklung der Infektionsstrukturen (Börner und Schlüter 2009). Kenntnisse über diese Signale können einen bedeutenden Beitrag für den Pflanzenschutz liefern. Zur Identifizierung dieser Signale wurde der Prepenetrationsprozess von B. graminis auf verschiedenen biomimetischen in vitro Testsystemen untersucht. Zunächst wurden die spezifischen Oberflächeneigenschaften der Weizenblätter analysiert. Hierfür wurden drei Weizensorten (Ponticus, Porthus und Akteur) mit unterschiedlichen Anfälligkeiten gegenüber Mehltau ausgewählt. Die Wachsmorphologie wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und die Wachszusammensetzung mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie (GC-FID und GC-MS) analysiert. Außerdem wurde die Benetzbarkeit der Weizenblätter mithilfe der Kontaktwinkel, der Abrollwinkel und der Kontaktwinkelhysteresen beschrieben. Auf den Blättern befanden sich ausschließlich Wachsschüppchen. Die Hauptkomponente des Weizenwachses war 1-Octacosanol. Die Weizenblätter waren hydrophob und teils superhydrophob. Die Fähigkeit der Selbstreinigung konnte nicht festgestellt werden. Die Benetzung war anisotrop, sodass die Benetzungseigenschaften richtungsabhängig waren. Die Untersuchung der Oberflächen-eigenschaften zeigte keine sortenspezifischen Unterschiede, die einen Zusammenhang mit den Anfälligkeiten der Sorten erkennen ließen. Zudem wurde untersucht, ob das Blattalter, die Blattseite oder die Anzuchtsbedingungen der Pflanzen die Oberflächeneigenschaften beeinflussten. Es konnte gezeigt werden, dass die Wachsmorphologie bei allen untersuchten Parametern gleich war. Die Wachsmenge nahm mit dem Blattalter zu, die Anteile der Substanzklassen oder einzelner Wachskomponenten änderten sich dabei nicht. Die Analyse der Wachszusammensetzung der Gewächshauspflanzen und der Freilandpflanzen zeigte nur geringe Unterschiede. Die verschiedenen Testsysteme wurden entwickelt, um den Signalcharakter der Wachschemie und der Benetzbarkeit einzeln und in Kombination in vitro untersuchen zu können. Durch die Beschichtungen technischer Oberflächen mit extrahiertem Weizenwachs oder mit Wachskomponenten konnten die Oberflächeneigenschaften der natürlichen Oberfläche übertragen werden. Das Verfahren der thermischen Verdampfung ermöglichte eine homogene Beschichtung der Substrate, sodass eine gleichmäßige Benetzbarkeit erreicht wurde. Es wurden fünf verschiedene Testsysteme hergestellt. Durch die Rekristallisation des Weizenwachsextraktes wurden erstmalig sowohl die chemischen Eigenschaften als auch die Benetzungseigenschaften der Blattoberfläche nachgebildet. Das Wachs rekristallisierte in dreidimensionalen Strukturen, sodass die Oberfläche des Testsystems ebenso wasserabweisend war wie die des Weizenblattes. Auch durch die Rekristallisation des Reinstoffs 1-Octacosanol konnte auf der künstlichen Oberfläche die gleiche Benetzbarkeit erzeugt werden wie auf dem Blatt. Der Reinstoff bildete Wachsschüppchen, was die strukturgebende Funktion dieser Wachskomponente unterstreicht. Mit diesem Testsystem stand eine Oberfläche zur Verfügung, die unabhängig von der Wachschemie, die natürliche Benetzbarkeit widerspiegelte. Zur Herstellung zwei weiterer Testsysteme wurden, zusammen mit 1-Octacosanol, 1 Hexacosanal bzw. 1-Octacosanal rekristallisiert. Diese Testsysteme ermöglichten die Unter-suchung der Signalfunktion der Aldehyde bei einer vergleichbaren Benetzbarkeit wie auf den Weizenblättern. Um den Einfluss der Wachschemie allein untersuchen zu können, wurde das Wachsgemisch aus der Schmelze rekristallisiert. Dieses Testsystem wies keine dreidimensionalen Strukturen auf, sodass die Benetzbarkeit dieser Oberfläche weit über der des Weizenblattes lag. Schließlich wurden die verschiedenen Testsysteme mit Mehltau inokuliert, um die Entwicklung des Pilzes zu untersuchen. Die Keimung und die Differenzierung wurden auf keinem der Testsysteme angeregt. Weder die Hydrophobizität, noch die Wachschemie, noch die Aldehyde, noch die Kombination dieser Parameter konnten als entscheidende Signale für die Keimentwicklung identifiziert werden. Es bleibt offen, welche Signale der pflanzlichen Oberfläche die Bildung der Infektionsstrukturen von B. graminis einleiten. Durch die Modifikation der Testsysteme kann der Signalcharakter weiterer Eigenschaften der pflanzlichen Oberfläche geprüft werden.},
url = {https://hdl.handle.net/20.500.11811/8919}
}

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