Funktionelle Analyse der Glukosinolat-Abbauprodukte bei der Resistenz von Brassica rapa gegenüber Schadinsekten

• Antragstellerin: Dr. Katja Witzel
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448612257

Glucosinolate (GLS) und ihre Hydrolyseprodukte sind ein etabliertes Beispiel für konstitutive pflanzliche Abwehrmechanismen. Aufgrund der Komplexität der einzelnen Verbindungen und der unterschiedlichen Präferenzen von herbivoren Schadinsekten (Spezialist vs. Generalist) ist ihre Rolle in der Interaktion zwischen Pflanze und Insekt jedoch noch lange nicht verstanden. Diese Wissenslücke behindert auch die Züchtung von resistenten Kulturpflanzen. Feldversuche mit Unterarten von Brassica rapa, einer Art, die ein breites Spektrum von Gemüsearten umfasst, wurden vom russischen Projektpartner N. I. Vavilov All-Russisches Forschungsinstitut für pflanzengenetische Ressourcen (VIR) durchgeführt. Dabei zeigte sich ein B. rapa unterartspezifisches Präferenzmuster hinsichtlich des Insektenbefalls. Der deutsche Projektpartner, das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ), zeigte zuvor eine hohe Homogenität hinsichtlich des unterartspezifischen GLS-Musters in einer VIR-Kernsammlung von B. rapa Akzessionen aus acht Unterarten. Es wurde jedoch eine beträchtliche Variation in der Bildung von GLS-Hydrolyseprodukten innerhalb der Unterarten gefunden, was hauptsächlich auf die unterschiedliche Wirkung von sog. specifier proteins zurückzuführen ist. Diese Proteine kanalisieren die Bildung von Epithionitrilen, Nitrilen oder, falls nicht vorhanden, Isothiocyanaten und spielen eine zentrale Rolle bei der Aufspaltung von GLS in bioaktive Abbauprodukte. Wir nehmen an, dass diese Proteine wichtige Determinanten in der Interaktion zwischen Pflanzen und Insekten sind. Die Ziele dieser vorgeschlagenen Forschung sind: 1) Die Untersuchung der Schadinsektenresistenz von 100 B. rapa Akzessionen, die von sechs Unterarten stammen und an drei klimatisch unterschiedlichen Feldstationen in der Russischen Föderation angebaut werden2) Bestimmung des Grades der Kongruenz zwischen natürlichem und induziertem Schädlingsbefall 3) Bewertung der Wechselbeziehung zwischen dem Fressverhalten von Schadinsekten und der Akkumulation von Sekundärmetaboliten, insbesondere GLS und GLS-Hydrolyseprodukten 4) Identifizierung und Charakterisierung noch unbekannter Spezifizierungsproteine in B. rapa 5) Entschlüsselung der Rolle von Spezifizierungsproteinen in der Pflanze-Insekt-Interaktion6) Bestimmung, wie Inhalt und Variabilität von Sekundärmetaboliten mit Schutzfunktion miteinander korrelieren und ob verschiedene biochemische Schutzmechanismen in einem Genotyp kombiniert werden können.Die Ergebnisse dieses Projekts werden neue Informationen über die Rolle der Diversifizierung von GLS-Hydrolyseprodukten bei der Interaktion zwischen Pflanze und Schadinsekten liefern. Darüber hinaus wird die gezielte Züchtung insektenresistenter Brassica-Kulturen durch die Aufklärung ihrer Auswirkungen möglich sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartnerin: Dr. Anna Artemyeva, bis 3/2022