Response of potato (Solanum tuberosum L.) to lipopolysaccharides derived from Burkholderia phytofirmans strain PsJN

Viele Studien haben sich bereits mit den Wechselwirkungen nutzlicher Mikroorganismen und ihrer Wirtspflanzen beschaftigt. Endophytische Bakterien leben in der Pflanze und zeigen per Definition keine phytopathogenen Eigenschaften. Es ist sehr wahrscheinlich, dass alle Pflanzen von zahlreichen Endophyten besiedelt sind. Einigen Endophyten wurden bereits wachstums- und gesundheitsfordernde Wirkungen auf ihre Wirtspflanzen nachgewiesen. Da endophytische Bakterien und Phytopathogene ahnliche okologische Nischen besetzen, besteht die Moglichkeit, nutzliche Bakterien zur naturlichen Schadlingsbekampfung einzusetzen. Burkholderia phytofirmans (Stamm PsJN) ist solch ein nutzlicher Endophyt und fur seine wachstums- und gesundheitsfordernden Eigenschaften in Solanum tuberosum und anderen Pflanzen bekannt. Die Infektion mit PsJN kann zu einem Zustand fuhren, der ahnlich einer Immunisierung ist. Dieses sogenannte ‚Priming’ wird bei Pflanzen als Fahigkeit definiert, schneller und/ oder starker auf ein Pathogen zu reagieren. Bakterielle Lipopolysaccharide (LPS) spielen in vielen Pflanzen- Mikroben Interaktionen eine wichtige Rolle. LPS tragen zur hohen Impermeabilitat der bakteriellen Ausenmembran bei und schutzen den Mikroorganismus somit vor antibiotischen Substanzen. Sie werden zu einer bestimmten bakteriellen Substanzklasse, den sogenannten pathogen-assoziierten, molekularen Strukturen (PAMPs) gezahlt. Diese PAMPs sind u.a. dafur bekannt, Priming in Pflanzen auszulosen. Die Kartoffelfaule, hervorgerufen durch den Oomyzeten Phytophthora infestans, ist bis heute ein sehr hartnackiger Schadling, welcher der landwirtschaftlichen Industrie jahrlich Schaden in Milliardenhohe beschert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte von PsJN und den daraus extrahierten Lipopolysacchariden (LPS) auf die Kartoffelsorte MF-II zu studieren. Das Hauptaugenmerk dieser Studie lag darauf, die Unterschiede in der Gentranskription nach Behandlung mit jeweils LPS oder Bakterienzellen zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass bei Behandlungen mit PsJN mehr Gene aktiviert bzw. induziert wurden als bei Pflanzen, die nur mit LPS infiltriert wurden. Bei beiden Behandlungen wurden jedoch nur wenige, fur die Abwehr spezifische, Gene hochreguliert. Weiters wurden nach den verschiedenen Behandlungen und nach der Infektion mit Phytophthora infestans die Auswirkungen auf die Signalmolekule Salicylsaure (SA), Stickstoffmonoxid (NO) und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) der Kartoffel untersucht. Auch hier zeigte sich eine starkere Aktivitat von ROS und NO in Pflanzen, die vorher mit PsJN behandelt wurden. Die Messung der Salicylsaure deutete darauf hin, das PsJN und LPS die Bildung von SA hemmen, was moglicherweise den Endophyten vor dem Immunsystem des Wirtes schutzen konnte. Dieser Effekt war am langsten in mit PsJN inokuliert Pflanzen zu beobachten; nach der Infektion mit P.infestans bestand dieser Effekt nicht mehr. Um den Grad der Infektion der Blatter mit P. infestans zu quantifizieren, wurde die Anzahl der Oomyzeten-DNA mittels quantititiver real-time PCR ermittelt. Dies wurde auch durchgefuhrt, um zu sehen, ob die Pflanzen ‚priming’ durch LPS bzw. PsJN erfahren haben. Interessanterweise schien P. infestans sogar am besten auf Pflanzen zu wachsen, die mit LPS infiltriert wurden. Da die Blatter fur diesen Assay nach Inokulierung bzw. Infiltrierung abgenommen und dann mit Phytophthora infestans infiziert wurden, ist es wahrscheinlich, das diese Blatter nicht mehr mit den Metaboliten versorgt wurden, die fur eine erfolgreiche Abwehr notwendig waren. Zusammenfassend konnten wir in dieser Studie zeigen, dass die Pflanzen starker auf die Inokulierung durch lebenden Bakterien reagierten, als auf die Behandlung mit LPS. Es sind wahrscheinlich noch eine Reihe anderer Komponenten in der bakteriellen Zelle fur eine erfolgreiche Pflanzen-Mikroben-Interaktion notwendig. Das Einbringen von nutzlichen Endophyten zur Wachstumssteigerung und Pathogenabwehr konnte ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Landwirtschaft werden. Da diese Art von Pflanzenschutz eine umweltfreundlichere und somit auch konsumentenfreundliche Alternative zu chemischen Pestiziden und Dungern darstellt, ist es wichtig, weiterhin an den molekularen Mechanismen von Pflanzen- Mikroben-Interaktionen zu forschen.