Weinblattmetabolite als Resistenzmarker für eine Plasmopara viticola Widerstandsfähigkeit
Seiten
2024
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) (Verlag)
978-3-95547-139-2 (ISBN)
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) (Verlag)
978-3-95547-139-2 (ISBN)
Der Falsche Mehltau der Weinrebe ist eine der bedeutendsten Erkrankungen der europäi- schen Weinrebe Vitis vinifera LINNÉ subsp. vinifera. Er wird durch den obligat biotrophen Oo- myceten Plasmopara viticola (Berk. & M.A. Curtis) Berl. & De Toni, (1888) hervorgerufen, wel- cher Ende des 19. Jahrhunderts ungewollt nach Europa eingeführt wurde. Amerikanische Weinreben sind weitestgehend resistent gegen den Falschen Mehltau und könnten auf die eine oder andere Art zum Schutz der anfälligen Reben auch gegen P. viticola beitragen.
24 induced RMs were determined. Contrary to the original expectation, most of the induced RMs (19 out of 24) occurred in the fungus-resistant cultivar Regent and only six induced RMs in the resistant V. labrusca hybrid Blue Isabella and in V. riparia.
Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit dem „Metabolite profiling“ von Resistenzmarkern (RM) aus dem Spektrum der flüchtigen Sekundärmetabolite von anfälligen und resistenten Reben. Es wurden in Freiland- und Gewächshausversuchen zehn Genotypen mit unterschiedlicher Resistenz gegen P. viticola analysiert. Darunter befanden sich drei verschiedene Vitis Arten (V. vinifera, V. riparia, V. labrusca) und einige Hybridreben. In einem zweijährigen Versuch wurden die konstitutiven Marker von jeweils drei Entwicklungsstadien (BBCH6, BBCH8 und BBCH9) ermittelt. Außerdem wurden induzierte Marker analysiert. Des Weiteren wurde der Zusammenhang zwischen der Blattposition und dem Auftreten von RM untersucht. Hierbei wurden mit den verwendeten Metabolomics-Methoden auch Marker für die Blattposition iden- tifiziert. Für das „Metabolite profiling“ wurden die Weinblätter mittels HS-SPME-GC-EI-MS ana- lysiert und anschließend mit non-targeted und targeted Analysenmethoden ausgewertet. Der Vergleich der Metabolitprofile zeigte, dass das Entwicklungsstadium den stärksten Ein- fluss auf das Metabolitprofil hat und der Einfluss der Blattposition so gering ist, dass er ver- nachlässigt werden kann.
Es konnten 41 konstitutive RM ermittelt werden. Die identifizierten Metabolite stammten aus den Stoffklassen der green leaf volatiles (GLV), Norisoprenoide, Benzoat-Derivate, Monoter- penoide, einem Furan und einem Sesquiterpen. Hierbei zeigte sich, dass GLV, Norisopreno- ide, Benzoat-Derivate und 2-Ethylfuran fast ausschließlich in den resistenten Genotypen in höherer Konzentration vorlagen als in den Anfälligen. Monoterpenoide und das Sesquiterpen α-Calacoren lagen hauptsächlich in anfälligen Genotypen von V. vinifera in höherer Konzent- ration vor als in resistenten Genotypen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Monoterpeno- ide verstärkt im Entwicklungsstadium BBCH6 in signifikant höheren Konzentrationen in V. vini- fera ermittelt wurden. Wohingegen das Sesquiterpen α-Calacoren niemals im BBCH6, son- dern erst in den späteren Entwicklungsstadien in signifikant erhöhter Konzentration in V. vini- fera ermittelt wurde. GLVs traten als RM in den resistenten Genotypen wie V. labrusca auf und dann erst in späteren Entwicklungsstadien, hauptsächlich im Entwicklungsstadium BBCH9. Für die konstitutiven RM aus den Gruppen der Norisoprenoide, Benzoat-Derivate und Furan wurde keine Abhängigkeit des Entwicklungsstadiums beobachtet. Allerdings wurden drei weitere Metabolite als RM ermittelt, die eine starke Korrelation zum Entwicklungsstadium aufwie- sen. Sie traten zunächst in BBCH6 in signifikant höheren Konzentrationen in V. vinifera und in BBCH9 in signifikant höheren Konzentrationen in V. labrusca auf. Diese RM mit wechselnder Korrelation waren die beiden Monoterpenoide Geranylaceton und α-Terpineol, sowie das GLV (Z)-3-Hexenal. Nach bestem Wissen und Gewissen ist der Zusammenhang zwischen Auftre- ten der konstitutiven RM und Entwicklungsstadium bisher noch nicht beschrieben worden. Es ist eine neue Erkenntnis dieser Arbeit, dass Monoterpenoide als RM in Reben hauptsächlich in BBCH6 auftreten und GLV sowie Sesquiterpene hauptsächlich in BBCH9 als RM ermittelt wurden; wohingegen Norisoprenoide, Benzoat-Derivate und Furan zu allen getesteten Ent- wicklungsstadien als RM auftraten. Des Weiteren traten Monoterpenoide und das Sesquiter- pen α-Calacoren artspezifisch häufiger in V. vinifera als konstitutive RM auf, wohingegen das Furan 2-Ethylfuran niemals in V. vinifera als RM in Erscheinung trat. Benzoat-Derivate und GLVs wurden am häufigsten in V. labrusca stämmigen Genotypen als RM detektiert. Norisop- renoide traten am häufigsten, aber nicht ausschließlich in V. riparia als RM in Erscheinung. Nach besten Wissen und Gewissen ist der Zusammenhang zwischen dem Auftreten von No- risoprenoiden als RM und der Artspezifität zu V. riparia eine neue Erkenntnis dieser Arbeit. Dennoch soll hier kurz erwähnt werden, dass diese Artspezifität sich ausschließlich auf die Eingruppierung als konstitutive RM bezieht. Monoterpene sind auch Bestandteil des Metabo- litprofils von V. labrusca und Norisoprenoide sind wichtige Geschmacksträger in Qualitätsweinen.
Es konnten 24 induzierte RM ermittelt werden. Dabei stellte sich entgegen der ursprünglichen Erwartung heraus, dass die meisten induzierten RM (19 von 24) in der pilzwiderstandsfähigen Züchtung Regent auftraten und nur sechs in der resistenten V. labrusca-stämmigen Hybride Blaue Isabella und in V. riparia.
Für alle ermittelten RM wurde nach Publikationen zur Bioaktivität recherchiert. Für die RM 2- Ethylfuran, einem Isomeren-Mix aus (Z)- und (E)-Ocimen sowie β-Cyclocitral wurde bereits eine inhibierende Wirkung auf P. viticola publiziert. Dagegen wurden 20 Verbindungen hier zum ersten Mal mit einer Resistenzantwort auf eine P. viticola Infektion in Verbindung ge- bracht. Dabei handelt es sich um die sieben Norisoprenoide Theaspiran, (E)-β-Damascon, (E)- β-Damascenon, Dihydroedulan I, Megastigmatrienon, Sulcaton und Carvomenthenal A, die 2 GLVs Nonanol und (Z)-3-Hexenylacetat, sowie die zehn Terpenoide p-Cymen, p-Cymol, D- Limonen, Alloocimen, β-Myrcen, β-Citronellol, Hotrienol, (Z)-Rosenoxid, Geraniumoxid und α- Calacoren. Downy mildew of grapevine is one of the most important diseases of the European grapevine Vitis vinifera LINNÉ supsp. vinifera. It is caused by the obligate biotrophic oomycete Plasmo- para viticola (Berk. & M.A. Curtis) Berl. & De Toni (1888), which was unintentionally introduced into Europe at the end of the 19th century. American grapevines are largely resistant to downy mildew and may contribute in one way or another to the protection of susceptible vines also against P. viticola.
Therefore, this work deals with the metabolite profiling of resistance markers (RM) from volatile secondary metabolites of susceptible and resistant grapevines. Ten genotypes with different resistance to P. viticola were analysed in field and greenhouse trials. Among them were three different Vitis species (V. vinifera, V. riparia, V. labrusca) and some hybrid vines. In a two-year trial, the constitutive markers of three developmental stages (BBCH6, BBCH8, BBCH9) were determined. In addition, induced markers were analysed in a third year. Furthermore, the rela- tionship between leaf position and the occurrence of RM was investigated. The used metabo- lomic methods were also applied to identify markers for leaf position. For metabolite profiling the grape leaves were analysed using HS-SPME-GC-EI-MS and then were evaluated using non-targeted and targeted analytical methods.
The comparison of the metabolite profiles showed that the developmental stage has the strong- est influence on the metabolite profile and the influence of the leaf position is so small that it can be neglected.
A total of 41 constitutive RMs were identified. The metabolites identified came from the sub- stance classes of green leaf volatiles (GLV), norisoprenoids, benzoate derivatives, monoterpe- noids, a furan and a sesquiterpene. It was elaborated, that GLV, norisoprenoids, benzoate derivatives and 2-ethylfuran were almost exclusively present in higher concentrations in re- sistant genotypes. Monoterpenoids and the sesquiterpene α-calacorene were mainly detected in higher concentrations in the susceptible genotypes of V. vinifera. Furthermore, it could be shown, that monoterpenoids were detected in significantly increased concentrations at the de- velopmental stage BBCH6 in the susceptible V. vinifera. In contrast, the sesquiterpene α-cala- corene was never detected in BBCH6. It was only found in significantly increased concentra- tions in the later developmental stages of V. vinifera. GLVs are RM in the resistant genotypes such as V. labrusca and occur here exclusively at the later developmental stages, mainly at BBCH9.
For the constitutive RMs from the classes of norisoprenoids, benzoate derivatives and furan, no dependence of the developmental stages and their occurrence was observed. However, three other metabolites were identified as RMs that showed a strong correlation with the de- velopmental stage. They appeared initially in BBCH6 in significantly increased concentrations in susceptible V. vinifera, but in BBCH9 they showed significantly increased concentrations in the resistant V. labrusca genotypes. These RMs with changing correlation were the two mon- oterpenoids geranyl acetone and α-terpineol, as well as the GLV (Z)-3-hexenal. To the best of my knowledge, the correlation between occurrence of the constitutive RMs and the develop- mental stages has not been described before. It is a new finding of this work that monoterpe- noids occur as RMs in grapevines mainly at BBCH6 and GLV as well as sesquiterpenes were found as RMs mainly at BBCH9. Norisoprenoids, benzoate derivatives and furan occurred as RMs at all developmental stages tested. Furthermore, monoterpenoids and the sesquiterpene α-calacorene occurred species-specifically more frequently in V. vinifera as constitutive RMs, whereas the furan 2-ethylfuran never appeared as a RM in V. vinifera. Benzoate derivatives and GLVs were most frequently detected as RMs in V. labrusca genotypes. Norisoprenoids appeared most frequently, but not exclusively, as RMs in V. riparia. To the best of my knowledge, the correlation between the occurrence of norisoprenoids as RMs and species specificity to V. riparia is a new finding of this work. Nevertheless, it should be briefly men- tioned, that this species specificity refers exclusively to the classification as a constitutive RM. Monoterpenes are also part of the metabolite profile of V. labrusca as well as norisoprenoids are important flavour compounds in quality wines.
For all RMs identified, it was searched for reports on bioactivity in publications. For the RMs 2- ethylfuran, an isomer mix of (Z)- and (E)-ocimene as well as β-cyclocitral, an inhibitory effect on P. viticola has already been published. Still, 20 compounds have been associated here for the first time with a resistance response to P. viticola infection. These are the seven norisopre- noids theaspirane, (E)-β-damascone, (E)-β-damascenone, dihydroedulan I, megastigma- trienone, sulcatone, and carvomenthenal A, the two GLVs nonanol and (Z)-3-hexenyl acetate, and the ten terpenoids p-cymenene, p-cymene, D-limonene, alloocimene, β-myrcene, β-citro- nellol, hotrienol, (Z)-rose oxide, geranium oxide and α-calacorene.
24 induced RMs were determined. Contrary to the original expectation, most of the induced RMs (19 out of 24) occurred in the fungus-resistant cultivar Regent and only six induced RMs in the resistant V. labrusca hybrid Blue Isabella and in V. riparia.
Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit dem „Metabolite profiling“ von Resistenzmarkern (RM) aus dem Spektrum der flüchtigen Sekundärmetabolite von anfälligen und resistenten Reben. Es wurden in Freiland- und Gewächshausversuchen zehn Genotypen mit unterschiedlicher Resistenz gegen P. viticola analysiert. Darunter befanden sich drei verschiedene Vitis Arten (V. vinifera, V. riparia, V. labrusca) und einige Hybridreben. In einem zweijährigen Versuch wurden die konstitutiven Marker von jeweils drei Entwicklungsstadien (BBCH6, BBCH8 und BBCH9) ermittelt. Außerdem wurden induzierte Marker analysiert. Des Weiteren wurde der Zusammenhang zwischen der Blattposition und dem Auftreten von RM untersucht. Hierbei wurden mit den verwendeten Metabolomics-Methoden auch Marker für die Blattposition iden- tifiziert. Für das „Metabolite profiling“ wurden die Weinblätter mittels HS-SPME-GC-EI-MS ana- lysiert und anschließend mit non-targeted und targeted Analysenmethoden ausgewertet. Der Vergleich der Metabolitprofile zeigte, dass das Entwicklungsstadium den stärksten Ein- fluss auf das Metabolitprofil hat und der Einfluss der Blattposition so gering ist, dass er ver- nachlässigt werden kann.
Es konnten 41 konstitutive RM ermittelt werden. Die identifizierten Metabolite stammten aus den Stoffklassen der green leaf volatiles (GLV), Norisoprenoide, Benzoat-Derivate, Monoter- penoide, einem Furan und einem Sesquiterpen. Hierbei zeigte sich, dass GLV, Norisopreno- ide, Benzoat-Derivate und 2-Ethylfuran fast ausschließlich in den resistenten Genotypen in höherer Konzentration vorlagen als in den Anfälligen. Monoterpenoide und das Sesquiterpen α-Calacoren lagen hauptsächlich in anfälligen Genotypen von V. vinifera in höherer Konzent- ration vor als in resistenten Genotypen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Monoterpeno- ide verstärkt im Entwicklungsstadium BBCH6 in signifikant höheren Konzentrationen in V. vini- fera ermittelt wurden. Wohingegen das Sesquiterpen α-Calacoren niemals im BBCH6, son- dern erst in den späteren Entwicklungsstadien in signifikant erhöhter Konzentration in V. vini- fera ermittelt wurde. GLVs traten als RM in den resistenten Genotypen wie V. labrusca auf und dann erst in späteren Entwicklungsstadien, hauptsächlich im Entwicklungsstadium BBCH9. Für die konstitutiven RM aus den Gruppen der Norisoprenoide, Benzoat-Derivate und Furan wurde keine Abhängigkeit des Entwicklungsstadiums beobachtet. Allerdings wurden drei weitere Metabolite als RM ermittelt, die eine starke Korrelation zum Entwicklungsstadium aufwie- sen. Sie traten zunächst in BBCH6 in signifikant höheren Konzentrationen in V. vinifera und in BBCH9 in signifikant höheren Konzentrationen in V. labrusca auf. Diese RM mit wechselnder Korrelation waren die beiden Monoterpenoide Geranylaceton und α-Terpineol, sowie das GLV (Z)-3-Hexenal. Nach bestem Wissen und Gewissen ist der Zusammenhang zwischen Auftre- ten der konstitutiven RM und Entwicklungsstadium bisher noch nicht beschrieben worden. Es ist eine neue Erkenntnis dieser Arbeit, dass Monoterpenoide als RM in Reben hauptsächlich in BBCH6 auftreten und GLV sowie Sesquiterpene hauptsächlich in BBCH9 als RM ermittelt wurden; wohingegen Norisoprenoide, Benzoat-Derivate und Furan zu allen getesteten Ent- wicklungsstadien als RM auftraten. Des Weiteren traten Monoterpenoide und das Sesquiter- pen α-Calacoren artspezifisch häufiger in V. vinifera als konstitutive RM auf, wohingegen das Furan 2-Ethylfuran niemals in V. vinifera als RM in Erscheinung trat. Benzoat-Derivate und GLVs wurden am häufigsten in V. labrusca stämmigen Genotypen als RM detektiert. Norisop- renoide traten am häufigsten, aber nicht ausschließlich in V. riparia als RM in Erscheinung. Nach besten Wissen und Gewissen ist der Zusammenhang zwischen dem Auftreten von No- risoprenoiden als RM und der Artspezifität zu V. riparia eine neue Erkenntnis dieser Arbeit. Dennoch soll hier kurz erwähnt werden, dass diese Artspezifität sich ausschließlich auf die Eingruppierung als konstitutive RM bezieht. Monoterpene sind auch Bestandteil des Metabo- litprofils von V. labrusca und Norisoprenoide sind wichtige Geschmacksträger in Qualitätsweinen.
Es konnten 24 induzierte RM ermittelt werden. Dabei stellte sich entgegen der ursprünglichen Erwartung heraus, dass die meisten induzierten RM (19 von 24) in der pilzwiderstandsfähigen Züchtung Regent auftraten und nur sechs in der resistenten V. labrusca-stämmigen Hybride Blaue Isabella und in V. riparia.
Für alle ermittelten RM wurde nach Publikationen zur Bioaktivität recherchiert. Für die RM 2- Ethylfuran, einem Isomeren-Mix aus (Z)- und (E)-Ocimen sowie β-Cyclocitral wurde bereits eine inhibierende Wirkung auf P. viticola publiziert. Dagegen wurden 20 Verbindungen hier zum ersten Mal mit einer Resistenzantwort auf eine P. viticola Infektion in Verbindung ge- bracht. Dabei handelt es sich um die sieben Norisoprenoide Theaspiran, (E)-β-Damascon, (E)- β-Damascenon, Dihydroedulan I, Megastigmatrienon, Sulcaton und Carvomenthenal A, die 2 GLVs Nonanol und (Z)-3-Hexenylacetat, sowie die zehn Terpenoide p-Cymen, p-Cymol, D- Limonen, Alloocimen, β-Myrcen, β-Citronellol, Hotrienol, (Z)-Rosenoxid, Geraniumoxid und α- Calacoren. Downy mildew of grapevine is one of the most important diseases of the European grapevine Vitis vinifera LINNÉ supsp. vinifera. It is caused by the obligate biotrophic oomycete Plasmo- para viticola (Berk. & M.A. Curtis) Berl. & De Toni (1888), which was unintentionally introduced into Europe at the end of the 19th century. American grapevines are largely resistant to downy mildew and may contribute in one way or another to the protection of susceptible vines also against P. viticola.
Therefore, this work deals with the metabolite profiling of resistance markers (RM) from volatile secondary metabolites of susceptible and resistant grapevines. Ten genotypes with different resistance to P. viticola were analysed in field and greenhouse trials. Among them were three different Vitis species (V. vinifera, V. riparia, V. labrusca) and some hybrid vines. In a two-year trial, the constitutive markers of three developmental stages (BBCH6, BBCH8, BBCH9) were determined. In addition, induced markers were analysed in a third year. Furthermore, the rela- tionship between leaf position and the occurrence of RM was investigated. The used metabo- lomic methods were also applied to identify markers for leaf position. For metabolite profiling the grape leaves were analysed using HS-SPME-GC-EI-MS and then were evaluated using non-targeted and targeted analytical methods.
The comparison of the metabolite profiles showed that the developmental stage has the strong- est influence on the metabolite profile and the influence of the leaf position is so small that it can be neglected.
A total of 41 constitutive RMs were identified. The metabolites identified came from the sub- stance classes of green leaf volatiles (GLV), norisoprenoids, benzoate derivatives, monoterpe- noids, a furan and a sesquiterpene. It was elaborated, that GLV, norisoprenoids, benzoate derivatives and 2-ethylfuran were almost exclusively present in higher concentrations in re- sistant genotypes. Monoterpenoids and the sesquiterpene α-calacorene were mainly detected in higher concentrations in the susceptible genotypes of V. vinifera. Furthermore, it could be shown, that monoterpenoids were detected in significantly increased concentrations at the de- velopmental stage BBCH6 in the susceptible V. vinifera. In contrast, the sesquiterpene α-cala- corene was never detected in BBCH6. It was only found in significantly increased concentra- tions in the later developmental stages of V. vinifera. GLVs are RM in the resistant genotypes such as V. labrusca and occur here exclusively at the later developmental stages, mainly at BBCH9.
For the constitutive RMs from the classes of norisoprenoids, benzoate derivatives and furan, no dependence of the developmental stages and their occurrence was observed. However, three other metabolites were identified as RMs that showed a strong correlation with the de- velopmental stage. They appeared initially in BBCH6 in significantly increased concentrations in susceptible V. vinifera, but in BBCH9 they showed significantly increased concentrations in the resistant V. labrusca genotypes. These RMs with changing correlation were the two mon- oterpenoids geranyl acetone and α-terpineol, as well as the GLV (Z)-3-hexenal. To the best of my knowledge, the correlation between occurrence of the constitutive RMs and the develop- mental stages has not been described before. It is a new finding of this work that monoterpe- noids occur as RMs in grapevines mainly at BBCH6 and GLV as well as sesquiterpenes were found as RMs mainly at BBCH9. Norisoprenoids, benzoate derivatives and furan occurred as RMs at all developmental stages tested. Furthermore, monoterpenoids and the sesquiterpene α-calacorene occurred species-specifically more frequently in V. vinifera as constitutive RMs, whereas the furan 2-ethylfuran never appeared as a RM in V. vinifera. Benzoate derivatives and GLVs were most frequently detected as RMs in V. labrusca genotypes. Norisoprenoids appeared most frequently, but not exclusively, as RMs in V. riparia. To the best of my knowledge, the correlation between the occurrence of norisoprenoids as RMs and species specificity to V. riparia is a new finding of this work. Nevertheless, it should be briefly men- tioned, that this species specificity refers exclusively to the classification as a constitutive RM. Monoterpenes are also part of the metabolite profile of V. labrusca as well as norisoprenoids are important flavour compounds in quality wines.
For all RMs identified, it was searched for reports on bioactivity in publications. For the RMs 2- ethylfuran, an isomer mix of (Z)- and (E)-ocimene as well as β-cyclocitral, an inhibitory effect on P. viticola has already been published. Still, 20 compounds have been associated here for the first time with a resistance response to P. viticola infection. These are the seven norisopre- noids theaspirane, (E)-β-damascone, (E)-β-damascenone, dihydroedulan I, megastigma- trienone, sulcatone, and carvomenthenal A, the two GLVs nonanol and (Z)-3-hexenyl acetate, and the ten terpenoids p-cymenene, p-cymene, D-limonene, alloocimene, β-myrcene, β-citro- nellol, hotrienol, (Z)-rose oxide, geranium oxide and α-calacorene.
| Erscheinungsdatum | 07.02.2024 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Dissertationen aus dem Julius Kühn-Institut |
| Zusatzinfo | Illustrationen, Diagramme |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 140 x 210 mm |
| Gewicht | 200 g |
| Themenwelt | Naturwissenschaften |
| Weitere Fachgebiete ► Land- / Forstwirtschaft / Fischerei | |
| Schlagworte | Pflanzenkrankheiten • Resistenz • Weinrebe |
| ISBN-10 | 3-95547-139-X / 395547139X |
| ISBN-13 | 978-3-95547-139-2 / 9783955471392 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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