Die flüchtigen Bestandteile grüner Blätter sind die schnelle Reaktion einer Pflanze auf Bedrohungen. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Haben Sie sich jemals über die scharfe, grüne Note gewundert, die Ihnen in die Nase steigt, wenn Sie den Rasen mähen oder Blumenstängel schneiden? Jene sind Green Leaf Volatiles oder GLVs: leicht verdunstende Öle, die Pflanzen nutzen, um mit anderen Pflanzen zu kommunizieren und sich gegen Pflanzenfresser oder Krankheitserreger wie Bakterien oder Pilze zu verteidigen.

Fast jede Grünpflanze kann schnell GLVs synthetisieren und freigeben Bei einem Angriff wehrt es Angreifer direkt ab, lockt indirekt Raubtiere von Pflanzenfressern wie Insekten an und stärkt die anderen Abwehrmechanismen der Pflanze. Forscher wissen, dass GLVs eine wichtige Rolle beim Schutz von Pflanzen spielen, ihre Wirkungsweise bleibt jedoch unklar.

Ich bin eine Biochemieforscher, und durch eine Zusammenarbeit zwischen der Wang-Labor und Stratmann-Labor Von der University of South Carolina untersuchen meine Kollegen und ich, wie Pflanzenzellen flüchtige Bestandteile grüner Blätter nutzen. In unserer kürzlich veröffentlichte Forschung, haben wir die potenziellen Signalwege identifiziert, die GLVs nutzen, um Abwehrreaktionen in Tomatenzellen auszulösen. Unser oberstes Ziel ist es, Wege zu finden, GLVs zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge einzusetzen, um eine sauberere Landwirtschaft zu erreichen.

Abwehrsysteme in Pflanzen

Pflanzen nutzen viele Abwehrsysteme, um sich zu schützen. Der erste Verteidigungslinie Dabei geht es um die Erkennung mikrobieller Eindringlinge und das Vorhandensein von Schäden schadensassoziierte molekulare Muster oder DAMPsDabei handelt es sich um Moleküle, die von beschädigten oder sterbenden Zellen freigesetzt werden.

Wenn eine Zelle ein DAMP erkennt, löst sie eine Immunantwort aus und fördert Reparaturmechanismen. Es führt auch dazu Veränderungen der Calciumionenkonzentration, wodurch immunbezogene Gene und Proteine ​​weiter aktiviert werden. DAMPs auch Proteine ​​einschalten kommt in vielen Stresssignalwegen vor, die andere Abwehrreaktionen aktivieren. Pflanzen verfügen über mehrere Abwehrmittel.

Viele Studien haben gezeigt, dass die Effekte von GLVs sind ähnlich DAMPF. Deshalb wollten mein Team und ich beweisen, ob GLVs auch als DAMPs wirken können.

Dazu haben wir untersucht, welche Proteine ​​in Tomatenzellen an- oder ausgeschaltet werden. Chemische Veränderung der Struktur eines Proteins durch einen Prozess namens Phosphorylierung schaltet es ein oder aus. Die Proteinphosphorylierung spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung zahlreicher zellulärer Prozesse und ist an zahlreichen Signalübertragungswegen beteiligt. Untersuchung des Phosphoproteomsoder alle Proteine, die in einem System phosphoryliert werden, von Tomatenzellen könnten uns dabei helfen, die Signalwege von GLVs und DAMPs zu vergleichen.

Wir fanden heraus, dass viele der Proteine, die an den flüchtigen Signalwegen grüner Blätter beteiligt sind, an der Stressregulierung beteiligt sind. Dazu gehörten viele Komponenten der DAMP-Signalwege, was unsere Hypothese stützt, dass GLVs wie DAMPs bei der Aktivierung von Abwehrreaktionen funktionieren.

Verwendung von GLVs in der Landwirtschaft

Die Landwirtschaft übt häufig einen erheblichen Druck auf die natürlichen Ressourcen und die Umwelt aus. Beispielsweise kann der Einsatz herkömmlicher Pestizide dazu führen Umweltzerstörung und Schädlingsresistenz.

Biopestizide werden als weniger giftige Alternative immer beliebter. Hierbei handelt es sich um natürlich vorkommende Organismen oder Verbindungen, die das Wachstum und die Ausbreitung von Schädlingen unterdrücken. Zum Beispiel, flüchtige organische Verbindungen aus Pflanzen sind eine Art Biopestizid, die nachweislich einen reduzierten Einsatz synthetischer Insektizide zur Bekämpfung von Schädlingen in gelagertem Nahrungsmittelgetreide ermöglicht.

Daher können GLVs auch wirksame Biopestizide in der Landwirtschaft sein. Eine Studie hat gezeigt, dass GLVs einen Pflanzenschädling anlocken können Apion miniatum Käfer, zu ernähren ein invasives und schwer zu bekämpfendes Unkraut, Rumex confertus. Darüber hinaus ergaben Feldstudien an wilden Tabakpflanzen, dass die Freisetzung von GLVs Feinde von Pflanzenfressern anlocken kann. Das Vorhandensein dieser Pflanzenfresser-Konkurrenten kann nicht nur Insektenschädlinge bekämpfen, sondern auch die Produktion befallener Pflanzen steigern.

Durch weitere Forschung glauben wir, dass GLVs das Potenzial haben, Schädlinge auf natürliche Weise zu bekämpfen und eine nachhaltige Landwirtschaft zu unterstützen.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, Ph.D. Kandidat in Biochemie, University of South Carolina

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