Genetische Variation der Momilakton-Biosynthese in Reis
Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen wachsen meist in dichten Gemeinschaften, zusammen mit Individuen der gleichen oder fremden Arten. Dabei stehen Pflanzen im Wettbewerb mit ihren Nachbarn um knappe Ressourcen wie Nährstoffe, Raum und Wasser. Bei der sog. Allelopathie produzieren Pflanzen chemische Stoffe und geben diese an die Umwelt ab und hemmen dadurch Nachbarpflanzen. Diese Art der biochemischen Abwehr ereignet sich auch zwischen Nutzpflanzen und “Unkräutern” auf landwirtschaftlichen Flächen. Es ist daher von Bedeutung, die molekularen Mechanismen der Allelopathie zu verstehen, um Strategien zum Schutz von Nutzpflanzen vor invasiven Arten zu entwickeln. Reis zählt zu den weltweit bedeutendsten Nutzpflanzen. Invasive Arten, v.a. das Gras Echinochloa crus-galli (Hühnerhirse), verursachen jährlich massive Verluste in der Reisernte. Gleichzeitig besitzt Reis als eine allelopathische Pflanze die Fähigkeit, supprimierende chemische Stoffe herzustellen und abzugeben. Hauptvertreter dieser Stoffe in Reis sind zwei Arten von Diterpenen. Während Momilacton A überwiegend als Reaktion auf pilzlichem Befall gebildet wird, entsteht Momilacton B als Abwehrstoff in der Gegenwart von Nachbarpflanzen. Unklar bleibt allerdings, wie Reispflanzen das Vorhandensein und die Art ihrer Nachbarn erkennen. Frühere Studien haben gezeigt, dass unterschiedliche Reissorten und Kultivare über unterschiedliche allelopathische Effektivität verfügen, einige also Unkräuter stärker unterdrücken als andere; es ist aber nicht bekannt, ob diese Unterschiede direkt mit der unterschiedlichen Produktion von Momilacton zusammenhängen. Eine Momilacton-vermittelte Allelopathie hat das Potential, neue Sorten mit erhöhtem intrinsischem Abwehrverhalten zu züchten, wodurch der Bedarf an synthetischen und potentiell schädlichen Herbiziden verringert werden könnte. Um solche Ansätze in die Praxis zu überführen, sind das Wissen um die genetische Vielfalt, die der Variation der allelopathischen Effektivität zugrunde liegt, sowie ein Verständnis der Wirkweise von Momilacton unabdingbar. Dieses Projekt verfolgte einen zweigleisigen Ansatz: zum einen untersuchten wir die molekularen Effekte von Momilacton B auf nicht-produzierende Pflanzen anhand von Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). Zum andern befassten wir uns mit der genetischen Grundlage der Momilacton-Produktion in domestiziertem Reis und seinen verwandten wilden Spezies.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Transcriptional response of a target plant to benzoxazinoid and diterpene allelochemicals highlights commonalities in detoxification. BMC Plant Biology, 22(1).
Knoch, Eva; Kovács, Judit; Deiber, Sebastian; Tomita, Keisuke; Shanmuganathan, Reshi; Serra Serra, Núria; Okada, Kazunori; Becker, Claude & Schandry, Niklas
-
Evolution and diversification of the momilactone biosynthetic gene cluster in the genus Oryza. New Phytologist, 245(6), 2681-2697.
Priego‐Cubero, Santiago; Liu, Youming; Toyomasu, Tomonobu; Gigl, Michael; Hasegawa, Yuto; Nojiri, Hideaki; Dawid, Corinna; Okada, Kazunori & Becker, Claude
-
Subfunctionalization and epigenetic regulation of a biosynthetic gene cluster in Solanaceae. Proceedings of the National Academy of Sciences, 122(8).
Priego-Cubero, Santiago; Knoch, Eva; Wang, Zhidan; Alseekh, Saleh; Braun, Karl-Heinz; Chapman, Philipp; Fernie, Alisdair R.; Liu, Chang & Becker, Claude
