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Arbeitskreis Phytopharmakologie
Tagung 2004
Vorträge des DPG Arbeitskreises "Phytopharmakologie"
- Xylemapplikation im Weinbau - Systementwicklung und Wirkstofftransport
- Wie kommt man zum "mode of action" einer herbizidwirksamen Substanz?
- The Development of the Food Value Chain - the Impact on Agriculture and Crop Production
- Degradation of Metolachlor in the presence of different antibiotics in the soil.
- Enzymes encoded by the farnesyl diphosphate synthase gene family in the Big Sagebrush Artemisia tridentata
- Barley leaf spot complex as target for fungicide application
- Fungizid induzierte Genexpression in Colletotrichum graminicola (Cesati) Wilson
- 2D gel electrophoresis, mass spectrometry and video imaging are useful tools for mode of action studies
- Influence of a recombinant human P450 system on endogenous ingredients in transgenic plants of Nicotiana tabacum L.
- Metabolic Profiling zur Aufklärung der Wirkmechanismen von Herbiziden
- Insecticide mode of action and mechanisms of resistance with special reference to sweet-potato whiteflies, Bemisia tabaci (Homoptera: Aleyrodidae)
- Beeinflussung der Flavonoid-Biosynthese der Birne durch den Einsatz des Bioregulators Prohexadion-Ca
- Einfluss des Wachstumregulators Prohexadion-Ca auf den Metabolismus phenolischer Verbindungen bei der Weinrebe Vitis vinifera L.
- A novel in vitro technique for evaluating fungicidal activity against apple scab and powdery mildew
- Selektionsmuster von Fungiziden bei Pflanzenpathogenen
- Resistenzinduktion durch Pflanzenstärkungsmittel in Apfelblättern
- Adsorption of s-Triazin derivatives on Na-bentonites - influence of humic acids and pH
- Scintillation Proximity: On-line Measurement of Radiolabel Uptake as Precise Parameter of Fungal Life
- Very-long-chain fatty acid elongases as herbicide targets
- Immune-related proteomics and genomics in insects: A new challenge for plant protection?
Xylemapplikation im Weinbau - Systementwicklung und Wirkstofftransport
Düker, A.; Kubiak, R.
Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) - Rheinpfalz, Abteilung Agrarökologie, Breitenweg 71, 67435 Neustadt
Die Xylemapplikation von Pflanzenschutzmitteln stellt
eine ökologisch sinnvolle Methode des Pflanzenschutzes dar. Die
applizierten Wirkstoffe gelangen dabei direkt, ohne in die Umwelt
zu gelangen, über die Xylembahnen in die Zielorgane.
Einmalige Punktapplikationen in die Leitbahnen von Bäumen werden
bereits seit den 70er Jahren erfolgreich angewendet. Allerdings
müssen diese über längere Zeiträume ständig wiederholt
werden.
Im Weinbau ließe sich die Xylemapplikation vor allem in
Gewässernähe und Ortsrandlage sinnvoll etablieren. Aus
ökonomischer Sicht würde hierfür ein vernetztes, einmalig zu
montierendes, aber gleichwohl mehrjährig nutzbares System
benötigt - welches weiterhin ungeahnte arbeitstechnische Vorteile
in den Steillagen des Deutschen Weinbaus bieten könnte.
In einer vom BMBF geförderten Kooperation des Fachbereichs
Ã-kologie des DLR-Rheinpfalz mit dem Fachbereich Maschinenbau der
Uni-Kaiserslautern entstanden die ersten Prototypen eines
vernetzten Stammapplikationssystems für den Weinbau. An Topfreben
wurde weiterhin der Verbleib von xylemappliziertem 14C-markiertem
BAS 500 untersucht.
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Wie kommt man zum "mode of action" einer herbizidwirksamen Substanz?
Physionomics: ein klassischer Weg im neuen Licht
What it takes to get a herbicide's mode of action.
Physionomics: a classical way in a new complexion
Klaus Grossmann
BASF Aktiengesellschaft, Agrarzentrum, D-67117 Limburgerhof
Die Auffindung von neuen Herbiziden mit neuartigen
Wirkungsmechanismen ist Ziel der modernen Pflanzenschutzforschung.
Für neue, herbizidwirksame Verbindungen, die im Verlauf der
Gewächshaus-Prüfung identifiziert werden, stellt sich damit die
Frage, auf welche Weise sich möglichst rasch und mit vertretbarem
Aufwand eine Charakterisierung des Wirkungsmechanismus erreichen
lässt. Zur Zeit werden intensiv molekulargenetische ("functional
genomics", "transcriptomics"), biochemische ("proteomics") und
stoffwechselanalytische ("metabolomics") Ansätze diskutiert.
Bisher nur wenig Beachtung fand die Möglichkeit, am Ende der
Prozess-Kette, auf der Ebene des komplexen Systems der Pflanze, die
klassische Methode der Schadbild-Diagnose ("phenotyping") weiter zu
entwickeln. Dies wird erreicht durch die Konzeption einer Palette
von "funktionalen" Biotests, die eine Differenzierung des
pflanzlichen Organismus nach Organisationseinheit (Pflanze, Gewebe,
Zelle), Entwicklungsstadium und physiologischen und metabolischen
Eigenschaften erlaubt. Das nach Prüfung aus den Ergebnissen
abgeleitete Physiologie-Profil ("fingerprint") einer Substanz ist
typisch für ihren physiologischen Wirkungsmechanismus, der sich
direkt durch Interpretation der Ergebnisse und/oder durch
Analogie-Vergleich mit Profilen von bekannten Hemmstoffen
erschließen lässt. Diese als "physionomics" bezeichnete
Technologie stellt für uns die Grundlage dar, nachgeschaltet aus
einer Auswahl aufwendigerer molekularer, biochemischer,
histochemischer und analytischer Methoden die geeignete(n)
einzusetzen, um den Wirkungsmechanismus weiter einzugrenzen und den
herbiziden Wirkort zu identifizieren.
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The Development of the Food Value Chain - the Impact on Agriculture and Crop Production
Josef Haber
Consumer Care, BASF AG
Several factors are drivers of the change processes
in the food value chains: saturated markets for food products,
scandals like BSE, dioxin etc., concentration of food companies and
food retailers, the influence of NGO's and consumer advocates. In
Europe the General Food Law with its paragraph about traceability
plays an important role.
Key players in the chain look for differentiation from their
competitors by offering new products to the consumers. Food safety
and food quality are the decisive factors. Both tangible criteria
(residues of pesticides, fat content) and intangible arguments
(sustainable agriculture, organic) are frequently used.
In the same time the change in the CAP exposed agriculture even
more to open market conditions. The products and services coming
from farms will be produced to fulfil specific market needs which
require a close cooperation with downstream partners.
In the same time competition between players at the same level of
the chain (e.g. mills or juice producers) will extended into
competition of organised "chains" (e.g. wheat-flour-bread) where
chain management is a key success factor.
Improvements in the quality of the raw materials (physical
properties, nutritional value) are the contribution of farmers and
input suppliers. The respective products should be based on
innovative research and development in agriculture and
nutrition.
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Degradation of Metolachlor in the presence of different antibiotics in the soil.
Hashim, M.A.1); Accinelli, C.2); Schneider, R.J.1);
Christian, T.1); Goldbach, H.E.1)
1)Institute of Plant Nutrition, University of Bonn,
Karlrobert-Kreiten-Str. 13, 53115 Bonn
2) Department of Agroenvironmental Sciences and Technology, Viale
Fanin 44, 40127 Bologna, Italy
Metolachlor
(2-chloro-N-(2-ethyl-6-methylphenyl)-N-(2-methyl-1-methylethyl)
acetamide) is a chloroacetanilide herbicide which is primarily used
on maize in Germany as well as worldwide. Structurally, the
herbicide consists of a mixture of two enantiomers, i.e.
S-enantiomer and R-enantiomer, of which the first is basically
responsible for the herbicidal activity of Metolachlor. Nowadays
the herbicide is being marketed as a mixture of about 88 %
S-enantiomer and 12 % R-enantiomer.
A considerable share of agricultural soils receive liquid manure as
an organic fertilizer. It is now known that this manure may contain
veterinary antibiotics in the ppb range. Until now it is not clear,
if these concentrations can interfere with the microbial biomass in
soils.
As the degradation process of metolachlor is mostly biotic, and
hence most probably enantioselective, it is worthy to investigate
how the degradation of the herbicide R,S-metolachlor would proceed
in the presence of antibiotics in the soil.
In order to do so, the degradation of metolachlor in soil (initial
concentration of 5 μg/g) was followed up in the presence of
different concentrations and combinations of the following
antibiotics: Sulfadimidin (50 and 500 nmol/kg), Enrofloxacin,
Erythromycin, Gentamycin, Oxytetracyclin, Penicillin G,
Sulfadiazin, Streptomycin, Trimethoprim and Tylosin (mix of 50
nmol/kg each). It appears that degradation of metolachlor is not
retarded but enhanced probably due to a co-metabolic process.
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Enzymes encoded by the farnesyl diphosphate synthase gene family in the Big Sagebrush Artemisia tridentata
Andrea Hemmerlin1, 2*, Susan B. Rivera1, Hans K.
Erickson1 and C. Dale Poulter1
1Department of Chemistry, University of Utah, Salt Lake City, Utah
84112-0850. 2Centre National de la Recherche Scientifique (UPR
2357), Institut de Biologie Moléculaire des Plantes, F-67083
Strasbourg
*corresponding author: Andrea.Hemmerlin@ibmp-ulp.u-strasbg.fr
Farnesyl diphosphate synthase catalyzes the
sequential head-to-tail condensation of two molecules of
isopentenyl diphosphate with dimethylallyl diphosphate. In plants,
the presence of farnesyl diphosphate synthase isozymes offers the
possibility of differential regulation. Three full-length cDNAs
encoding putative isoprenoid synthases - FDS-1, FDS-2 and FDS-5 -
with greater than 89% similarity were isolated from a Big Sagebrush
Artemisia tridentata cDNA library using a three-step Polymerase
Chain Reaction protocol. One of the open reading frames, FDS-5,
encoded a protein with an N-terminal amino acid extension that was
identified as a plastidial targeting peptide.
Recombinant histidine tagged versions of three proteins were
purified, and their enzymatic properties were characterized. FDS-1
and FDS-2 synthesized farnesyl diphosphate as the final chain
elongation product, but their kinetic behavior varied. FDS-1
prefers geranyl diphosphate over dimethylallyl diphosphate as an
allylic substrate and is active at acidic pH values compared to
FDS-2. In contrast, FDS-5 synthesized two irregular monoterpenoids,
chrysanthemyl diphosphate (1) and lavandulyl diphosphate (2) when
incubated with dimethylallyl diphosphate, and an additional
product, the regular monoterpene geranyl diphosphate (3), when
incubated with isopentenyl diphosphate and dimethylallyl
diphosphate.
In contrast to FDS-1 and FDS-2, FDS-5 catalyzes the
branch point reaction to non-head-to-tail monoterpenes in Artemisia
tridentata, precursors of molecules as pyrethrins, having
insecticide properties. Chemical and phylogenetic analyzes of FDS-5
support the hypothesis of an enzyme having so recently evolved from
the chain elongation enzymes that it retains a basal level of
elongation activity.
Reference:
Hemmerlin, A., Rivera, S.B., Erickson, H.K. and Poulter, C.D.
(2003) Enzymes encoded by the farnesyl diphosphate synthase gene
family in the Big Sagebrush Artemisia tridentata ssp. spiciformis.
J. Biol. Chem., 278(34): 32132-32140
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Barley leaf spot complex as target for fungicide application
M. Heß, H. Hausladen und Ingrid Heiser
The formation of spots on the upper,
light exposed leaves followed by rapid loss of green leaf area and
early ripening is a phenomenon observed frequently on winter
barley. Because of the absence of significant infections by barley
pathogens like mildew, rust, Rynchosporium or Drechlera teres these
spots are often attributed as Physiological Leaf Spot (PLS). Apart
from a physiological reaction to light exposure as a abiotic
factor, Ramularia collo-cygni as a biotic factor is discussed as
causal agent for leaf spots since heavy sporulation by this fungus
can be found on necrotic leaf areas.
Despite the uncertainty of the causal agent, leaf spot symptoms can
be reduced effectively by fungicide treatment. Field trials show,
that the effect of the fungicide treatment is dependent on the
fungicide used and timing of application. The effect on leaf spot
formation and yield for the different
treatments will be shown.
To optimise the fungicide treatment, a better understanding of the
epidemiology of the leaf spot complex is needed. Results from PCR
diagnosis for Ramularia collo-cygni and the finding of a
photodynamic toxin, produced by Ramularia collo-cygni, offer new
opportunities for epidemiological research and further
investigation of the mode of action of the fungicide
treatment.
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Fungizid induzierte Genexpression in Colletotrichum graminicola (Cesati) Wilson
Fungicide induced gene expression in Colletotrichum graminicola (Cesati) Wilson
Horbach, R.; Reimann, S.; Deising, H. B.
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für
Pflanzenzüchtung und Pflanzenschutz, 06099 Halle (Saale)
Colletotrichum graminicola, der Erreger von
Blattfleckenkrankheit (Anthraknose) und Stengelfäule, ist ein
weltweit verbreitetes Paathogen an verschiedenen Gräsern und
Getreiden, wie beispielsweise an Mais (Zea mays L.). Das Auftreten
stark virulenter Pathotypen und Änderungen in der
landwirtschaftlichen Anbaupraxis führten seit 1970 wiederholt zu
schweren Epidemien z. Bsp. in Nordamerika. Eine Stabilisierung der
Situation konnte durch Einsatz systemischer Fungizide und den Anbau
teilresistenter Maissorten erreicht werden. Zunehmende Bedeutung
gewinnen dabei Wirkstoffe aus der Gruppe der Strobilurine. Diese
hoch wirksamen Substanzen blockieren effektiv den
Elektronentransport in der Atmungskette und verhindern damit die
Produktion von ATP. Da Strobilurine ausschließlich an Cytochrom b
binden, können schon minimale Veränderungen der
Aminosäuresequenz im Bereich der Bindungsstelle die Anlagerung des
Fungizids unterbinden. Tatsächlich wurden erste
Strobilurin-resistente Blumeria graminis -Mutanten schon zwei Jahre
nach dem Ersteinsatz von Kresoxim-methyl identifiziert. Neben
Punktmutationen, die zu einer Fungizidresistenz führen, existieren
zahlreiche weitere Möglichkeiten der Resistenzentwicklung. So
ermöglichen ABC-Transporter eine Absenkung der Konzentration
xenobiotischer Substanzen in der Zelle, alternative
Stoffwechselwege umgehen blockierte Reaktionsschritte, Fungizide
werden enzymatisch modifiziert oder Zielproteine verstärkt
exprimiert. Zur Aufklärung dieser komplexen
Anpassungserscheinungen, untersuchten wir Genexpressionsmuster
Fungizid-adaptierter Populationen von C. graminicola. Die gewonnen
Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung eines
gezielten Antiresistenzmanagements in der landwirtschaftlichen
Praxis, wodurch einer Fungizidresistenzentwicklung gegenüber
gebräuchlichen Fungizidwirkstoffen entgegengewirkt werden
kann.
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2D gel electrophoresis, mass spectrometry and video imaging are useful tools for mode of action studies
Stefan Irmler, Christian Pillonel
Syngenta Crop Protection AG, 4002 Basel, Switzerland
Phenylpyrolle fungicides are used to
control Botrytis cinerea, which is pathogenic to vegetables, vines
and flowers. By studying the fungus Neurospora crassa as a model
organism several observations were made. Firstly, phenylpyrolles
inhibited the protein kinase III activity. Furthermore,
phenylpyrolle treatment induced a rapid accumulation of glycerol
(Pillonel and Meyer, 1997). Finally, osmosensitve mutants showed
resistance to phenylpyrolle treatment (Zhang et al., 2002). Taken
together, these results clearly indicate that phenylpyrolles target
the fungi's osmosensing pathway.
By using 2D gel electrophoresis and mass
spectrometry we found that phenylpyrolle treatment leads to
phosphorylation and activation of the OS-2 MAP kinase which plays a
role in the osmosensing pathway. Dicarboximides such as vinclozolin
and aromatic hydrocarbons such as tolclofos-methyl also induce OS-2 phosphorylation and glycerol
accumulation. By using video imaging we found substantial
differences in the phenotype of the fungicide treated N. crassa
cultures. This brought us to the conclusion that all these
fungicides affect the osmosensing pathway by a different mode of
action.
Ref.:
- Pillonel and Meyer (1997), Effect of phenylpyrroles
on glycerol accumulation and protein kinase activity of Neurospora
crassa; Pesticide Science 49, p. 229-236
- Zhang et al. (2002), Osmoregulation and fungicide
resistance: the Neurospora crassa os-2 gene encodes a HOG1
mitogen-activated protein kinase homologue; Applied and
Environmental Micorbiology 68, p. 532-538
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Influence of a recombinant human P450 system on endogenous ingredients in transgenic plants of Nicotiana tabacum L.
Joußen, N., Schuphan, I. and Schmidt, B.
Department of Biology V, Aachen University (RWTH), Worringerweg 1,
52056 Aachen
The aim of the investigation was to examine, if a
human gen influences the secondary metabolism in transformed plants
of Nicotiana tabacum L..
For that, leaves of N. tabacum L. were transformed with human
Cyp1a2 by Agrobacterium tumefaciens. This gene encodes for an
enzyme of the cytochrom P450-family (P450 or CYP) consisting of
monooxygenases, that play an important role both in natural
metabolism of animals and plants and in metabolism and
biotransformation of xenobiotics. More than 30 regenerated plants
were tested by SDS-PAGE and Western blot for level of proteins as
well as by PCR for level of DNA to find out, if they were
successfully transformed and expressing Cyp1a2. The ECOD assay was
used in addition to prove the functional ability of the human
enzyme. After that, leaf material from 29 transgenic plants was
extracted. The extracts were analyzed by HPLC. In man, P450 isozyme
CYP2A6 is responsible for metabolism of nicotine to cotinine or
different hydroxylated derivatives. According to literature, CYP1A2
itself shows a poor turnover of nicotine. Therefore, a lower
content of nicotine and the presence of metabolites of the alkaloid
in the transgenic plants were suspected. Apart from nicotin,
another compound was detected, but it was impossible to
characterize it due to lack of a corresponding standard. According
to the UV spectrum, this substance should resemble nicotine
structurally.
It was ascertained that most of the examined transgenic plants
contained less nicotin in comparison to nontransgenic plants or
contained no nicotin at all.
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Metabolic Profiling zur Aufklärung der Wirkmechanismen von Herbiziden
Grit Laue, Klaus Kreuz, Ernst Gassmann, Tilman Brodmeier, Joachim Blanz
Syngenta CP AG, Basel
Ein Schlüsselkriterium bei der chemischen
Entwicklung von Herbiziden ist deren Wirkmechanismus. Weniger als
zwei Dutzend unterschiedlicher Wirkmechanismen sind für die
kommerziellen Herbizide bekannt, die Suche nach neuen
Wirkmechanismen ist deshalb in der agrochemischen Industrie von
grösster Bedeutung.
Die Wechselwirkung eines Herbizides mit seinem pflanzlichen Target
führt in aller Regel zur Hemmung einer spezifischen biochemischen
Reaktion. Der resultierende Eingriff in einen bestimmten
Stoffwechselweg führt wiederum zu einer spezifischen Veränderung
der Konzentrationen beteiligter Metabolite. Dieses "metabolische
Muster" ist charakteristisch für den Wirkmechanismus des
Herbizides und kann zur Klassifizierung von bekannten und zur
Aufklärung neuer Wirkmechanismen herangezogen werden.
Wir haben eine GC/MS Methode entwickelt, die uns die Detektion von
ca. 500 Verbindungen in einem Pflanzenextrakt ermöglicht. Als
Modellorganismus wurde Arabidopsis thaliana gewählt, da diese ein
gutes Target für eine Vielzahl kommerzieller und experimenteller
Herbizide darstellt, in minituarisierter Form angezogen und
behandelt werden kann und einen Quervergleich mit entsprechenden
Genomics- und Proteomics-Applikationen erlaubt. Unser
experimenteller Aufbau umfasst die Spraybehandlung von
Arabidopsispflanzen, die Extraktion und Derivatisierung der
Metabolite, die Analyse mittels GC/MS, die Aufbereitung der
komplexen Messdaten und die statistische Auswertung der
Analysenresultate.
Im Vortrag werden ausgewählte Beispiele gezeigt, wie Metabolic
Profiling zur Diagnose von herbiziden Wirkmechanismen genutzt
werden kann sowie Vorteile und Probleme der Methode erläutert.
Sauter H., Lauer M., Fritsch H.: Metabolic Profiling
of plants a new diagnostic technique.
In: Baker D.R., Fenyes J.G., Moberg W.K. (Eds), American Chemical
Society Symposium Series No. 443, 1991, 288-299
Aranibar N., Singh B.K., Stockton G.W., Ott K.: Automated
Mode-of-Action Detection by Metabolic Profiling
Biochemical and Biophysical Research Communications 286, 2001,
150-155
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Insecticide mode of action and mechanisms of resistance with special reference to sweet-potato whiteflies, Bemisia tabaci (Homoptera: Aleyrodidae)
Ralf Nauen
Bayer CropScience AG, Research, GBI, Insect Toxicology and
Resistance, 40789 Monheim, Germany
The sweet-potato whitefly, Bemisia tabaci (Homoptera:
Aleyrodidae) is a serious pest in numerous cropping systems
worldwide and this species occurs in different, sometimes also
geographically separated biotypes such as the Q- and B-type. The
most common biotype, designated type B and sometimes described as
Bemisia argentifolii Bellows & Perring, is by far the most
devastating one. Biotype determinations of Spanish populations of
B. tabaci indicated at least two different biotypes, the B-type and
a so-called non B-type (also referred to as Q-type).
Resistance to insecticides with different modes of action such as
organophosphates, carbamates, pyrethroids and insect growth
regulators such as buprofezin is well described for several strains
collected from different geographic areas. One of the latest group
of insecticides introduced to the market for whitefly control were
the neonicotinoids (chloronicotinyls) which act agonistically on
insect nicotinic acetylcholine receptors. Resistance to
neonicotinoid insecticides has recently been shown to occur in B.
tabaci Q- and B-types in some places, especially in Almeria, Spain.
Studies to investigate the biochemical mechanisms of resistance
were carried out on both biotypes.
Metabolic enzymes providing pesticide resistance such as esterases,
glutathione S-transferases and cytochrome P450-dependent
monooxygenases were studied in many species of insects and also
spider mites and a few examples were given. Another important
mechanism of resistance is a mutation of the binding site in target
proteins affected by insecticides, so-called target site
resistance.
A fluorometric microplate assay with 7-ethoxycoumarin as substrate
revealed a clear correlation between neonicotinoid resistance and
enhanced microsomal 7-ethoxycoumarin-O-deethylase activity.
Metabolism of [14C]imidacloprid in vivo was investigated in several
B. tabaci strains, too. Two metabolites were detected,
5-hydroxy-imidacloprid and the olefine compound. The olefine showed
the same insecticidal acrivity and binding affinity to nAChR than
imidacloprid itself, whereas 5-hydroxy-imidacloprid was more than
10 times less active. Furthermore we demonstrated that
neonicotinoid-resistance is not due to an altered [3H]imidacloprid
binding site of nicotinic acetylcholine receptors in Q- and B-type
strains.
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Beeinflussung der Flavonoid-Biosynthese der Birne durch den Einsatz des Bioregulators Prohexadion-Ca
S. Peterek und D. Treutter
Fachgebiet für Obstbau, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für
Ernährung, Landnutzung und Umwelt, 85350 Freising, Alte Akademie
16
Der Bioregulator Prohexadion-Ca (Regalis©;
BASF) wurde bislang vor allem zur Kontrolle des vegetativen
Wachstums im Obstbau eingesetzt. In verschiedenen Studien konnten
nun nach einer Prohexadion-Ca-Anwendung zusätzlich zu der
Wachstumsreduktion, ein verminderter Befall von Krankheitserregern
wie beispielsweise dem Feuerbranderreger (Erwinia amylovora) und
dem Schorferreger (Venturia inaequalis) festgestellt werden.
Aufgrund verschiedener Forschungsergebnisse, in denen phenolische
Verbindungen mit einer erfolgreichen Pathogenabwehr in Zusammenhang
gebracht wurden, geht man davon aus, dass die Resistenzinduktion
nach einem Prohexadion-Ca-Einsatz ebenso auf Veränderungen im
Flavonoidstoffwechsel beruht.
Um den Zusammenhang zwischen phenolischen Inhaltsstoffen und dem
Resistenzverhalten von Birnen gegen den Feuerbranderreger zu
untersuchen, wurden Birnenblättern nach Einsatz des
Wachstumsregulators Prohexadion-Ca analysiert. Die Ergebnisse
hieraus bestätigen eine bereits in Studien am Apfel festgestellte
Beeinflussung der Flavonoid-Biosynthese. Neben Modifikationen im
regulären Biosyntheseweg, konnten auch neuartige phenolische
Substanzen nachgewiesen werden. So findet zum Beispiel eine
Neuinduktion des 3-Deoxycatechins Luteoliflavan und des Flavanons
Eriodictyol 7-glukosid statt. Zusätzlich zu diesen Akkumulationen
war eine Konzentrationszunahme der monomeren Flavanole Catechin und
Epicatechin sowie deren entsprechenden Procyanidine (B1, B2, B5,
E-B5) zu beobachten. Im Gegensatz dazu verringerten sich die
Gehalte der Flavonolglykoside.
Die Bedeutung dieser Veränderungen in der Flavonoid-Biosynthese in
Birnenblätter wird im Rahmen dieser Arbeit zusätzlich in Bezug
auf den Feuerbrand untersucht. Welche Rolle dabei einzelne
Substanzen oder Phenolklassen auf den Infektionsverlauf spielen,
wird derzeit erforscht.
Diese Arbeit wurde aus dem EU-Projekt 1999-01583:
Quality of Life and Management of Living Resources (ERWINIA)
finanziert
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Einfluss des Wachstumregulators Prohexadion-Ca auf den Metabolismus phenolischer Verbindungen bei der Weinrebe Vitis vinifera L.
Puhl,I. 1, J.V. Hermann2, H. Hofmann2, D. Treutter1
1 Fachgebiet für Obstbau, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für
Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Technische Universität
München, Alte Akademie 16, 85350 Freising
2 Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau
,Veitshöchheim
Der Wachstumregulator Prohexadion-Ca ist strukturell
dem 2-Oxoglutarat ähnlich und aufgrund dieser Eigenschaft ist es
in der Lage, alle Enzyme des Phenolstoffwechsels, die 2-Oxoglutarat
als Co-Substrat benötigen, zu inaktivieren (1).
Deswegen wurden nach der Behandlung mit Prohexadion-Ca in jungen
Rebenblättern neuartige phenolische Verbindungen sowie
Verschiebungen im Metabolismus konstitutiver phenolischer
Verbindungen nachgewiesen (2). Die neuen Substanzen wurden als
Flavanone und 3-Deoxyflavanoide identifiziert, deren Vorkommen in
der Weinrebe bisher noch nicht beschrieben wurde (2).
Der Gehalt an konstitutiven phenolischen Verbindungen in den
behandelten Blättern verändert sich unterschiedlich in
Abhängigkeit von deren Struktur. Während der Gehalt an Flavonolen
(Quercetin-Glycosiden) abnahm, zeigte die Konzentration der
Flavanole eine deutliche Zunahme (2).
Flavanole und Deoxyflavanoide haben toxische Eigenschaften gegen
Pathogene (3,4), wodurch die Wirkung von Prohexadion-Ca gegen
Krankheiten der Weinrebe erklären werden kann.
- Rademacher, W. 2000: Growth Retardants: Effects on
Gibberellin Biosynthesis and Other Metabolic Pathways. Plant Mol.
Biol., 51: 501-531
- Gosch, C., Puhl, I., Halbwirth, H., Schlangen, K.,
Römmelt, S., Andreotti, C., Costa, G., Fischer, T.C., Treutter,
D., Stich, K., Forkmann, G. 2003: Effect of Prohexadione-Ca on
Various Fruit Crops: Flavonoid Composition and Substrate
Specificity of their Dihydroflavonol 4-Reductases. Europ. J. Hort.
Sci., 68: 144-151
- Scalbert, A. 1991: Antimicrobial properties of
tannins. Phytochemistry, 30: 3875-3883
- Römmelt, S., Fischer, T.C., Halbwirth, H., Peterek,
S., Schlangen, K., Speakman, J.-B., Treutter, D., Forkmann, G.,
Stich, K. 2003: Effect of Dioxygenase Inhibitors on the
Resistance-related Flavonoid Metabolism of Apple and Pears:
Chemical, Biochemical and Molecular Biological Aspects. Europ. J.
Hort. Sci., 68: 129-136
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A novel in vitro technique for evaluating fungicidal activity against apple scab and powdery mildew
K. Schulze, A. Rimke, L. Schreiber and J. Schönherr
Apple scab (Venturia inaequalis) and
powdery mildew (Podospheara leucotricha) belong to the most
important fungal pathogens in fruit production. Using isolated
cuticular membranes (CM), we developed a novel in-vitro-technique
for testing fungicidal activity of
chemicals against these two pathogens.
With both pathogens germination of conidia and formation of
appressoria initiates the infection process. V. inaequalis can
easily be propagated on artificial media and conidia readily
germinate on artificial surfaces such as glass, agar and teflon®.
P. leucotricha is an obligate biotrophic fungus which forms conidia
only on leaf tissue. In our experiments conidia of P. leucotricha
did not germinate on artificial surfaces but it germinated readily
on the outer surface of isolated CM. Cuticular membranes can be
isolated enzymatically from host leaves and both structure and
chemical composition are identical to the leaf surface which are
normally colonised by scab and mildew. When applied to isolated CM
conidia of both pathogens germinated with a germtube and they
formed appressoria, which is the prerequisite for a successful
penetration of the cuticle. This is an important advantage of this
technique compared to tests on agar. On agar V. inaequalis does not
produce appressoria and P. leucotricha did not even germinate. This
test was used to evaluate fungicidal activity of chemicals on
germination and formation of appressoria. With V. inaequalis
penetration of the CM could also be investigated. Investigation of
the fungus/cuticle interactions can be studied before, during and
after germination.
The technique offers several advantages: (1) It is rapid and
results are obtained within a few days without laborious sample
preparations. (2) Fungicidal effects can be evaluated
quantitatively using a vital stain and fungicidal and fungistatic
effects can be distinguished. (3) The test can be conducted
throughout the year and does not rely on living plants, with the
exception of the production of conidia for P. leucotricha. (4)
Compared to screenings on agar, the specific effects of substances
on the formation of appressoria and penetration of the cuticle can
be studied. Results obtained with this new technique are
encouraging. It can be used to study cuticle/pathogen interactions
and to establish dose-effect relations for new active ingredients
or endogeneous compounds involved in resistance.
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Selektionsmuster von Fungiziden bei Pflanzenpathogenen
Helge Sierotzki*, Lucijana Pavic*, Ursula Hugelshofer*, Carole Stanger**, Sally Cleere**, John Windass** und
Ulrich Gisi*
*Syngenta Crop Protection AG, CH 4332 Stein, Schweiz
**Syngenta, Jealotts Hill Int. Research Cen, Bracknell, Berkshire,
RG42 6EY, United Kingdom
Fungizide mit neuartigem
Hemmmechanismus treffen im Normalfall auf vorwiegend sensitive
Individuen einer Pathogenpopulation. Ein oft sehr kleiner Teil der
Population ist aber entweder resistent oder
zumindest vermindert sensitiv gegenüber dem neuen Fungizid. Die
Veränderung der Population unter Selektion des Fungizids hängt
von quantitativen und qualitativen Eigenschaften der Resistenz ab.
Man kann zwei grundsätzlich verschiedene Wege beschreiben:
Disruptiv, wenn sich die sensitiven und resistenten Individuen
durch einen grossen Resistenzfaktor unterscheiden (RF>100) und
kontinuierlich, wenn Zwischenstufen bezüglch der Sensitvität in
der Population gefunden werden und der
Resistenzfaktor relativ klein ist (RF<3<50).
Als Beispiel wird die Resistenz von Mycosphaerella graminicola
(anamorph Septoria tritici), ein Pathogen auf Weizen, gegenüber
den QoI-Fungizden, Hemmer der Atmungskette, und den DMI-Fungiziden,
Hemmer der Strolbiosynthese, besprochen.
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Resistenzinduktion durch Pflanzenstärkungsmittel in Apfelblättern
Induction of resistance by plant activators in apple leaves
Strissel, T.1,2, Halbwirth, H.2, Hoyer, U.1,2,
Zistler, C.1,2, Stich, K.2 und Treutter, D.1
1 Technische Universität München - Weihenstephan, Fachgebiet
Obstbau, Alte Akademie 16, D-85350 Freising
2 Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik,
Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften, Getreidemarkt 9,
A-1060 Wien
Für Apfel konnte in früheren Untersuchungen die
Bedeutung der Phenylpropanoide, insbesondere der Catechine und
Procyanidine, bei der Abwehr des Apfelschorfes, verursacht durch
Venturia inaequalis, aufgezeigt werden. Insbesondere eine schnelle
Neusynthese dieser Substanzen nach Befall scheint dabei von
wesentlicher Bedeutung zu sein. Im Rahmen dieses Projektes wurde
die Beeinflussung der Flavonoid-Biosynthese durch
Pflanzenstärkungsmittel an jungen Apfelblättern der Sorten
'Golden Delicious' und 'Rewena' sowohl
auf enzymatischer als auch auf chemisch-analytischer Ebene
untersucht. Eine Beeinflussung der Induktion durch unterschiedliche
N-Ernährungszustände wurde ebenfalls berücksichtigt.
Pflanzenstärkungsmittel auf Basis von Gesteinsmehlpräparaten
(z.B. Myco-Sin und SilKaBen), Pflanzenextrakten (z. B.
Phyto-Vital), Huminsäuren (z. B. Biokal 01 und 02) und
K-Wasserglas wurden an jungen Trieben appliziert. Die Aktivität
von Phenylalaninammoniumlyase (PAL), Chalkonsynthase/-isomerase
(CHS/CHI), Flavanon 3-Hydroxylase (FHT) und Dihydroflavonol
4-Reduktase (DFR) wurde zu drei Zeitpunkten nach der Behandlung
bestimmt. Zeitgleich wurden Proben für chemisch-analytische
Untersuchungen genommen. Dabei wurden die Gehalte an
Hydroxyzimtsäuren (u.a. p-Cumarsäure), Phloretinderivaten (u.a.
Phloretin und Phloridzin), acylierten Dihydrochalkonen, Flavonolen
(Quercetinglukoside) und Flavanolen (Catechine und Procyanidine)
ermittelt.
Es zeigte sich, dass die Behandlung mit Pflanzenstärkungsmitteln
grundsätzlich zu einer Induktion der Flavonoid-Biosynthese
beitragen konnte, die Reaktionsgeschwindigkeit aber von Mittel,
Sorte und dem N-Ernährungszustand beeinflusst wurde. Die
Behandlung mit Gesteinsmehlpräparaten führte auf enzymatischer
Ebene im Vergleich zu den übrigen untersuchten Mitteln zu
stärkeren Induktionen der Schlüsselenzyme PAL und CHS/CHI. Als
Ursache hierfür ist eine mögliche Reaktion auf oberflächliche
Verwundungen durch die Silikatbestandteile zu sehen. Die
Applikation von Myco-Sin trug bei 'Golden Delicious'
zu einer zeitlich aufeinanderfolgenden Induktion der Enzyme PAL,
CHS/CHI, FHT und DFR bei. Im Apfelblatt konnte mit den
Enzymaktivitäten korrelierend ein Anstieg von Hydroxyzimtsäuren,
Phloretinderivaten, Flavonolen und Flavanolen beobachtet werden,
was zu einem verbesserten Abwehrpotential gegen Venturia inaequalis
im Freiland beigetragen hat. Eine erhöhte Stickstoffversorgung
führte zu einem Rückgang der spezifischen Enzymaktivitäten der
Schlüsselenzyme PAL und CHS/CHI. Hierin ist eine Ursache für den
Rückgang an phenolischen Inhaltsstoffen zu sehen, wie er an
Bäumen unter luxuriösem N-Ernährungszustand beobachtet wurde.
Bei luxuriös N-versorgten Bäumen wurde in diesem Zusammenhang
auch eine schlechtere Induktion der Schlüsselenzyme gemessen.
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Adsorption of s-Triazin derivatives on Na-bentonites - influence of humic acids and pH
Telscher M., Schäffer A. und Schmidt B.
Institut für Biologie V, Technische Universität Aachen, Worringer
Weg 1, 52056 Aachen
The fate and behaviour of pesticides in the
environment is mainly by adsorption to different soil components.
Therefore in this study, the sorption behaviour of two metabolites
of the herbicide terbuthylazine, hydroxy-desethyl-terbuthylazine
(HDT) and desethyl-terbuthylazine (DT) to Na-bentonite alone and in
the presence of peat humic acids was determined. Experiments were
carried out in dialysis chambers build from Teflon. A dialysis
membrane with mwco (middle weight cut off) 1000 Da seperated the
two half cells. Via lockable openings in each of the two half
cells, easy sampling with an Eppendorf-pipette and measurement as
well as variation of the pH value could be made. Measurements of pH
values were made using a pH electrode with 3 mm in diameter. Humic
acids were extracted from peat with sodium-hydroxide-solution and
dialyzed against 1000 Da, Na-bentonite was perchased from
Süd-Chemie and used without cleaning.
The adsorption to different soil components was strongly influenced
by the physico-chemical properties of the analytes. Maximum
adsorption was at pH equal to pKa for DT and pKa1 for HDT. The
impact of humic acids on the adsorption of HDT to Na-bentonite was
negligible, whereas the adsorption of DT to Na-bentonite was
substantially smaller in the presence of humic acids and maximum of
adsorption was shifted from pH 1.3 to pH 2.0. At pH ≥ 8
adsorption of HDT to Na-bentonite was in general smaller than
adsorption of DT due to deprotonation of the hydroxyl group of HDT
(pKa2). Adsorption potential of HDT in pH range of 5 to 7 was
considerably higher than that of DT. So the risk of leaching is
regarded greater for DT than for HDT.
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Scintillation Proximity: On-line Measurement of Radiolabel Uptake as Precise Parameter of Fungal Life
H.G.Teutsch
Accumulation of nutrients is a characteristic for a
fungus' aliveness. Scintillation proximity technology, in 96-well
format, allows to measure the accumulation of any radiolabelled
compound by fungal spores and hyphae as long as they grow at the
bottom of the wells. Botrytis cinerea and Phytophthora infestans do
virtually stick to plastic surfaces and grow horizontally during
the first 24 hours after germination.
This makes it possible to precisely measure the influence of
chemicals on fungi at very intersting growth stages:
- before and during germination
- young mycelium, where the ratio of the very active hyphal tips vs. "old", inactive hyphae is high.
Applications:
- The growth inhibition by a fungicide is nicely
reflected by the course of nutrient uptake and is characteristic
for the type and the concentration of a fungicide (slow / fast /
with lag phase / fungistatic / fungicidal / transient effect etc.).
Several Modes of Action can be classified by this method.
- Because of the precision of the measurements, even
subtle influences of additives can be observed: reversion of
inhibition by a fungicide, optimisation of a growth medium etc.
- Due to the adhesion of the mycelium to the surface,
the supernatant can easily be changed (for example to wash away a
fungicide, data not shown).
- The bottom of the wells being transparent, the
mycelium can also be looked microscopically and the symptoms after
fungicide treatment can be related to the physiology.
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Very-long-chain fatty acid elongases as herbicide targets
Sandra Trenkamp und Klaus Tietjen
Bayer CropScience AG, Target Research, Geb. 6240, 51368 Leverkusen,
Germany
In order to study the mode of action of HRAC-class K3
and N herbicides we conducted a pilot study analysing phenotype and
gene expression of flufenacet- and benfuresate-treated Arabidopsis
thaliana plants. Treatments with either herbicide caused
phenocopies of the known Arabidopsis mutant fiddlehead, displaying
fused organs and the typical fiddlehead-like inflorescence.
Herbicide treatments of other plant species, including monocots,
also gave rise to analogous organ fusions, indicating the presence
of the target in a broad range of plants. The FIDDLEHEAD gene
encodes a putative very-long-chain fatty acid elongase (VLCFAE),
which corroborates earlier biochemical results pointing to the
inhibition of VLCFA synthesis as mode of action of flufenacet. Gene
expression profiles of herbicide-treated plants using the first
8247 gene Arabidopsis gene array of Affymetrix provided additional
clues in support of inhibition of VLCFA synthesis. Of the 21 genes
encoding VLCFAEs from Arabidopsis thaliana, we could express 17
heterologously in Saccharomyces cerevisiae. Six VLCFAEs, including
three known elongases (FAE1, KCS1 and KCS2) and three previously
uncharacterized gene products (encoded by At5g43760, At1g04220 and
At1g25450) were found to be enzymatically active with endogenous
yeast fatty acid substrates. The spectrum of VLCFAs accumulated in
expressing yeast strains was determined by gas chromatography/mass
spectrometry. The active VLCFAEs revealed highly distinct patterns
of differential sensitivity to oxyacetamides, chloroacetanilides,
and other compounds tested, while yeast endogenous VLCFA
production, which involves its unrelated elongase (ELO) for
sphingolipid synthesis, was unaffected. These findings pinpoint
VLCFAEs as the target of the widely used herbicides, which have
been in commercial use for 50 years, and provide important clues as
to why spontaneous resistance to this class is rare.
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Immune-related proteomics and genomics in insects: A new challenge for plant protection?
Andreas Vilcinskas
Institute of Biochemistry and Biology, University of Potsdam,
Potsdam, Germany
Insects exhibit a tremendous evolutionary success and
possess powerful immune system which is based on cellular and
humoral components. Insect innate immune responses are
characterised by the rapid and transient synthesis of antimicrobial
proteins and proteinase inhibitors that are active against
pathogen-associated proteases. Investigating immune-related
genomics and proteomics of the Greater wax moth, Galleria
mellonella, we identified a number of antibacterial and antifungal
proteins. Recently, we have cloned and expressed a recombinant
antifungal protein from G. mellonella exhibiting similarity with
plant defensins and Drosomycin from Drosophila. The recombinant
peptide is neither active against Gram-positive and Gram-negative
bacteria nor against yeast, but inhibits in vitro growth of the
entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae. Therefore, the
antifungal protein from G. mellonella has been named
Gallerimycin.
Among the proteins that are induced and secreted within the
hemolymph of G. mellonella after activation of innate immune
responses we discovered a number of novel proteinase inhibitors
which are active against proteases produced by M. anisopliae.
Simultaneous synthesis of Gallerimycin and inhibitors of M.
anisopliae proteases during G. mellonella innate immune response
implies functional synergism in vivo.
Screening for activity of recombinant antifungal insect proteins
against phytopathogenic fungi will be one part of our attempts to
explore the therapeutic potential of antifungal insect proteins for
the protection of crops. The potent insect innate immune system may
represent a promising resource of genes for the design of
transgenic plants that are resistant against phytopathogens.
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Last modified: Fri Jun 4 10:15:51 CEST 2004
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