Weinblattmetabolite als Resistenzmarker für eine Plasmopara viticola Widerstandsfähigkeit

Abstract

Der Falsche Mehltau der Weinrebe ist eine der bedeutendsten Erkrankungen der europäischen Weinrebe Vitis vinifera Linné subsp. vinifera. Er wird durch den obligat biotrophen Oomyceten Plasmopara viticola (Berk. & M.A. Curtis) Berl. & De Toni, (1888) hervorgerufen, welcher 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.

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 identifiziert. Für das „Metabolite profiling“ wurden die Weinblätter mittels HS-SPME-GC-EI-MS analysiert und anschließend mit non-targeted und targeted Analysenmethoden ausgewertet.

Der Vergleich der Metabolitprofile zeigte, dass das Entwicklungsstadium den stärksten Einfluss auf das Metabolitprofil hat und der Einfluss der Blattposition so gering ist, dass er vernachlässigt werden kann.

Es konnten 41 konstitutive RM ermittelt werden. Die identifizierten Metabolite stammten aus den Stoffklassen der green leaf volatiles (GLV), Norisoprenoide, Benzoat-Derivate, Monoterpenoide, einem Furan und einem Sesquiterpen. Hierbei zeigte sich, dass GLV, Norisoprenoide, 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 Konzentration vor als in resistenten Genotypen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Monoterpenoide verstärkt im Entwicklungsstadium BBCH6 in signifikant höheren Konzentrationen in V. vinifera ermittelt wurden. Wohingegen das Sesquiterpen α-Calacoren niemals im BBCH6, sondern erst in den späteren Entwicklungsstadien in signifikant erhöhter Konzentration in V. vinifera 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 aufwiesen. 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 Auftreten 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 Entwicklungsstadien als RM auftraten. Des Weiteren traten Monoterpenoide und das Sesquiterpen 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. Norisoprenoide 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 Norisoprenoiden 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 Metabolitprofils 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 gebracht. 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.