Phänotypisches Screening stress-induzierter flüchtiger organischer Verbindungen („Volatile Organic Compounds“; VOCs) aus Pflanzen.

Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) sind wichtige Komponenten direkter und indirekter (mittels „Priming“ oder Signalübertragung) Pflanzenabwehr. Pflanzen reagieren auf abiotischen und biotischen Stress mit einer schnellen Induktion der VOC-Emissionen. Das Muster dieser Emission ist Art- und Genotyp spezifisch. Daher stellen diese Verbindungen ideale nicht-invasive Marker dar um die Interaktion zwischen Pflanze und Schadorgansimen in ihrer Dynamik zu charakterisieren. Da die Emission von VOCs auch sehr stark durch die herrschenden Umweltbedingungen beeinflusst ist, besteht die Möglichkeit den Einfluss des Klimawandels auf Pflanze-Pathogen-Interaktionen zu untersuchen. Mit dieser Form der Phänotypisierung lassen sich daher Pflanzen mit induzierbaren Abwehrmechanismen unter bestimmten Umweltbedingungen selektieren, wodurch eine verbesserte /schnellere Selektion Pathogen-resistenter Pflanzen erreicht werden kann.

Schematische Darstellung eines Protonen-Transfer-Reaktions Time of Flight Massenspektrometers (PTR-ToF-MS) und ein beispielhaftes Massenspektrum, welches mit dem PTR-ToF-MS gemessen wurde.

Hintergrund: Pflanzen emittieren eine Vielzahl von VOCs in Abhängigkeit ihres Entwicklungszustands oder in Reaktion auf abiotische und biotische Reize. Das Emissionsmuster (Hauptsächlich bestehend aus Terpenen, Aldehyden, Alkoholen und Phenolderivaten) unterscheidet sich je nach Genotyp und Spezies, so dass diese Muster und ihr dynamisches Verhalten als phäno(chemo)typischer Marker verwendet werden kann. Diese wichtige, und in vielen Fällen stoffspezifische Eigenschaft kennzeichnet VOCs als geeignete Stress-Marker zum Zweck einer schnellen und nicht-invasiven Klassifizierung der Reaktion von Pflanzen auf Schädlingsbefall.

Die VOC-Phänotypisierungsplattform des HMGU besteht aus 48 parallel geschalteten Gasaustausch-Küvetten, welche unter streng kontrollierten Umweltbedingungen betrieben werden. Spurengasanalysen mittels online-Massenspektrometrie (Proton-Transfer-Reaction Time-of-Flight Massenspektrometrie; PTR-ToF-MS) und Infrarot Spektroskopie erlauben das phänotypische Screening nach stress-induzierten Pflanzenemissionen über die gesamte Breite des Spektrums hinweg mit einer hohen zeitlichen Auflösung.

Der Zugang zu den Anlagen wird durch die Betreiber der VOC-Plattform vermittelt; Bitte kontaktieren Sie Jörg-Peter Schnitzler, Prof. Dr. jp.schnitzler@helmholtz-muenchen.de

Veröffentlichungen:
B. Niederbacher, J.B. Winkler and J.P. Schnitzler - Volatile organic compounds as non-invasive markers for plant phenotyping - Journal of Experimental Botany doi:10.1093/jxb/erv219