The Role of Volatile Organic Compounds

Brassica napus ist eine der wichtigsten Pflanzen in der Landwirtschaft. Pathogene verursachen jährlich große Ertragsverluste. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Interaktionen zwischen der Nutzpflanze Brassica napus bzw. der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und dem phytopathogenen Pilz Verticillium longisporum untersucht. Verticillium longisporum ist ein auf Brassica spezialisierter Pilz, der die sogenannte Verticillium-Welke verursacht. Er dringt in die Wurzeln der Pflanze ein und steigt durch die Leitgefäße in den Spross auf. Die Pflanze zeigt in Folge der Infektion vor allem einen stark verkürzten Spross, Chlorosen und eine Notreife. Für die Experimente wurde Brassica napus und Arabidopsis thaliana mit Verticillium longisporum infiziert. Die Emissionen von Volatilen (volatile organic compounds (VOC)) der Pflanzen wurden sowohl ober- als auch unterirdisch bezüglich sich ändernder VOCs analysiert. Bei der Probennahme wurde darauf geachtet, die Pflanzen nicht zu verletzen und durch Messungen bedingten Stress zu minimieren. Auch während der Messungen der Wurzel-emissionen wurden die Pflanzen nicht aus ihrem Substrat entfernt, sondern innerhalb dessen gemessen. Während sich das Duftspektrum der Wurzeln von Brassica napus nicht änderte, emittierten die Sprosse infizierter Brassica Pflanzen signifikant mehr Dimethyldisulfid, ß-Ionon und ß-Cyclocitral. Bei der Infektion von Arabidopsis thaliana mit Verticillium longisporum hingegen spielten diese VOCs keine Rolle. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Vermutung überprüft, dass sich im Infektionsverlauf ändernde VOCs als Abwehrmoleküle dienen könnten. Hierfür wurde ein Bioassay entwickelt und zwei weitere pathogene Pilze, Gaeumannomyces graminis var. triciti und Sclerotinia sclerotiorum, unterschiedlicher Spezialisierung einbezogen. Wir setzten sie Dimethyldisulfid und ß-Ionon in unterschiedlichen Konzentrationen aus. Sowohl Dimethyldisulfid als auch ß-Ionon zeigten nur eine geringe fungizide Wirkung, gemessen am Myzelwachstum, gegen den Brassica-Spezialisten Verticillium longisporum. Gaeumannomyces graminis var. triciti wurde bereits bei geringeren Konzentrationen gehemmt. Sclerotinia sclerotiorum reagierte nicht oder sogar positiv auf die VOCs. Die (Mikro-) Sklerotienbildung wurde nur bei Verticillium longisporum beeinflusst. ß-Ionon unterstützte diese Entwicklung signifikant.Brassica napus is one of the most important crops in agriculture. Pathogens cause big losses in yield each year. In the frame of this work, the interactions between the crop Brassica napus, resp. the model plant Arabidopsis thaliana and the phytopathogenic fungus Verticillium longisporum were investigated. V. longisporum is specialized on Brassica and causes the “Verticillium – wilt”. It penetrates the roots of the plant und spreads through the vessels inside the shoot. Infection symptoms are stunting of the shoot, chlorosis and premature ripening. Brassica napus and Arabidopsis thaliana were infected with Verticillium longisporum and changes of their VOC emissions (Volatile Organic Compounds) of shoot and root were analyzed. We ensured damage free and stress reduced measurements. Therefore, plants were not removed from the clay pots during measurements of root VOCs, but sampled inside the substrate. While the VOC pattern of the roots from B. napus did not change, the shoots emitted significantly more dimethyl disulfide, ß-ionone and ß-cyclocitral. These compounds were irrelevant in the infection of A. thaliana. Afterwards, we proved the suggestion that VOCs, changing under infection, might serve as defense molecules. Therefore, a non-contact bioassay was developed. Two further pathogenic fungi (Gaeumannomyces graminis var. triciti and Sclerotinia sclerotiorum) with different specialization were included. We fumigated them with dimethyl disulfide and ß-ionone in different dilutions. Both compounds showed a limited fungicidal effect, measured by the mycelium growth, against the Brassica specialist V. longisporum. G. graminis var. triciti was inhibited at lower concentrations. S. sclerotiorum was not or even positively influenced by those VOCs. The formation of microsclerotia of V. longisporum was supported by ß-ionone