Resistenzinduktion und Pathogenabwehr durch <em>Reynoutria sachalinensis</em>-Extrakt und Physcion

Abstract

Der heutige Stand der Forschung zeigt, daß die Vorgänge der Induzierten Resistenz (IR) bei Pflanzen relativ spezifisch in bezug auf verschiedene Induktoren, Wirtspflanzen und Pathogene sind. Neben vielen bekannten chemischen Induktoren liegt mit dem Extrakt aus <i>Reynoutria sachalinensis</i> ein natürlicher Resistenzinduktor vor, der sich insbesondere gegen Echte Mehltaupilze als hochwirksam erwies. Physcion, ein Anthrachinon, konnte bis zu diesem Zeitpunkt als eine bedeutende Wirksubstanz in diesem Extrakt nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu den chemischen Induktoren wirkt <i>Reynoutria</i>-Extrakt und Physcion nicht systemisch, sondern lokal. Das Ziel dieser Arbeit war es, wichtige Glieder der Signaltransduktionskette des Induktors <i>R. sachalinensis</i> und von Physcion mit denen systemischer Induktoren (DCINA, DCSA, Bion) zu vergleichen, wobei Untersuchungen in den Systemen <i>Cucumis sativus / Sphaerotheca fuliginea</i> und <i>Hordeum vulgare / Blumeria graminis</i> f. sp. <i>hordei</i> durchgeführt wurden, um Unterschiede bzw. Übereinstimmungen in den Signalketten monokotyledoner und dikotyledoner Pflanzen ermitteln zu können. Anknüpfend an vorangegangene Arbeiten wurde der erste Arbeitsschwerpunkt auf die Beurteilung der Bedeutung von H₂O₂ in der Signalkette von R. <i>sachalinensis</i> und Physcion gelegt. Zu diesem Zweck wurden sowohl H₂O₂-Hemmstoffe und Antioxidantien als auch Wasserstoffperoxidbildner in verschiedenartigen Biotests eingesetzt. Aufgrund ihrer pos./neg. Wirkungsweise wurden die ersten Erklärungsansätze zur induzierenden Wirkung des Extrakts geliefert. Weiterhin wurden Methoden angewandt, die es erlaubten, H₂O₂ im Gewebe zu lokalisieren und quantitativ zu bestimmen. Deren Aussagen unterstützten das Vorhandensein eines oxidativen Bursts. Desweiteren wurden noch zwei andere Sauerstoffverbindungen, das Superoxidanion und das Stickoxid, in die Untersuchungen einbezogen. O₂-stellte dabei anscheinend eine Vorstufe zur H₂O₂-Bildung dar, NO wurde eine Signalfunktion zugeschrieben und es konnte mit Elementen des aktivierten H₂O₂-Stoffwechsels reagieren. Zur Klärung der an der Abwehrreaktionen beteiligten Enzyme wurden H₂O₂-aufbauende wie -abbauende und an den H₂O₂-Stoffwechsel anknüpfende Enzyme betrachtet und ihre Aktivität konnte z. T. mit dem oxidativen Burst in Verbindung gebracht werden. Ergänzend dazu wurde im API-ZYM-System die Beteiligung anderer Enzymgruppen außerhalb des H₂O₂-Metabolismus geprüft. Ansatzweise konnte von ausgewählten Enzymen deren Isoformen mittels isoelektrischer Fokussierung ermittelt werden. Strukturelle und biochemische Arbeiten sollten die Abwehrreaktionen des Wirtsgewebes aufzeigen. Die in Verbindung mit der Induzierten Resistenz bekannten histologischen Veränderungen im Pflanzengewebe und innerhalb der Pathogenentwicklung sind in Form von einzelnen Parametern wie Hypersensitive Reaktion, Autofluoreszenz, Papillenbildung, H₂O₂-Bildungsorte etc. qualitativ und quantitativ beobachtet worden. Durch den Einsatz von Vital- als auch Letalfarbstoffen wurde die Hypothese überprüft, ob es sich bei der induzierenden Wirkung des Extrakts um eine Art von unterschwelliger HR handelt. Erneut wurde auch eine mögliche direkte Wirkung des <i>R. sachalinensis</i>-Extrakts auf den Infektionsverlauf von Mehltau untersucht. Keimfähigkeitstests mit unterschiedlichen Pathotypen von Gurkenmehltau und Messungen des Blattoberflächenmilieus gaben dazu Auskunft. Zur Beantwortung der Frage nach weiteren induzierten oder direkt wirkenden Inhaltsstoffen des Extrakts konnten phenolische Verbindungen nachgewiesen werden.

<strong>Induced resistance and pathogenic defence by Reynoutria sachalinensis-extract and Physcion - signal pathway in comparison with systemic inducers and relationship to hypersensitive reactions</strong><br /> Recently it became obvious that Induced Resistance (IR) in plants proved to be specifc for different inducers, for different host plants and against different pathogens. Beneath many known chemical inducers the extract of <i>Reynoutria sachalinensis</i> is a biological one, which is efficacious against downy mildew infections. Physcion, an anthraquinone, could be established as an important active substance in this extract up to this day. In contrast to chemical activators the signal by <i>Reynoutria</i>-extract and Physcion is not systemic, but the induction is locally restricted. The aim of this thesis was to compare significant properties of the signal pathway of <i>Reynoutria sachalinensis</i> and Physcion with those of systemic inducers (DCINA, DCSA, Bion) in two host-parasite relationships, <i>Cucumis sativus / Sphaerotheca fuliginea</i> and <i>Hordeum vulgare / Blumeria graminis f. sp. hordei</i>, to find out differences and/or conformities in monocotyledons and dicotyledons. Continuing former experiments, the first focal point was to investigate the important role of H₂O₂ in the signal pathway of <i>R. sachalinensis</i> and Physcion. Therefore H₂O₂-inhibitors and scavengers on the one hand and H₂O₂-producers on the other were set in different biological assays. Because of their positive / negative mode of action the first explaining steps of the inducing effect were given. Furthermore methods were used to localize and to quantify H₂O₂ in plant tissue. These results support the presence of an oxidative burst. Two others significant oxygen radicals, named superoxide anion and nitric oxide, were embraced in these investigations. O₂-represented a kind of first step for the H₂O₂-formation apparently, NO could act as a signal and react with elements of the activated H₂O₂-metabolism. In order to study the peroxide metabolisation H₂O₂-building and H₂O₂-reducing enzymes were analysed. Their activities could connected with the oxidative burst partly. Complementary to it enzymes outside the H₂O₂-metabolism were screened in the API-ZYM-system and isoforms of some selected enzymes were determined by gel electrophoresis. Structural and biochemical experiments have demonstrated the defence reactions of the host tissues. The known histological changes in plant tissues and within the pathogenic developements connected with induced resistance were observed in qualitative and quantitative analysis in form of parameters e. g. hypersensitive reaction, autofluorescence, papilla formation and H₂O₂-locations. The employment of dyes which are able to stain living or dead cells, reviewed the hypothesis whether the inducing effect of <i>R. sachalinensis</i> is a kind of subliminal hypersensitive reaction. The possibility of having a direct effect on the germination and pathogenic development of <i>S. fuliginea</i> were studied with different pathotyps of powdery mildew and by pH-measurements of the leaf surface. Answering the question if there were more inducing or direct working ingredients of <i>R. sachalinensis </i>phenolic substances were established.