Genetic and metabolomic analysis of phenolic compounds associated with Verticillium longisporum resistance in oilseed rape (Brassica napus L.)
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Zusammenfassung
Verticillium longisporum ist ein bedeutendes bodenbürtiges Pathogen, das die Verticillium-Krankheit in Raps ( Rapswelke ) verursacht. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung neuer genetischer Marker für Verticillium-Resistenz und die Aufdeckung involvierter Mechanismen und Signalwege, die ggf. zu einer Resistenzreaktion von Raps gegen V. longisporum führen. Zunächst wurde ein genetischer Ansatz verfolgt, um quantitative trait loci (QTL) und mögliche metabolische Eigenschaften der B. napus Resistenz gegen V. longisporum in einer Kartierungspopulation zu identifizieren. Im weiteren wurde die Zusammensetzung löslicher Phenole, Zellwand-gebundener Phenole und der Lignin-Fraktion aus Hypokotylen wurde mittels RP-HPLC und GC/MS untersucht. Deren Expressionsmuster, Korrelation mit der Resistenz-Ausprägung und genetische Kolokalisationen mit Resistenzloci wurden analysiert.Auf den Chromosomen C1 und C5 wurden ein Major- bzw. ein Minor-QTL für V. longisporum-Resistenz identifiziert. Des Weiteren konnte ein Zusammenhang dieser Loci mit der Expression einfacher und komplexer Phenole gezeigt werden. QTL-gekoppelte Marker wurden identifiziert, validiert und als nützlich für eine marker- bzw. metabolom-gestützte Resistenzzüchtung gegen V. longisporum bei Raps eingestuft. Korrelationsanalysen anhand von 98 DH-Linien zeigten, dass die Resistenzausprägung stark mit der Akkumulation zellwand-gebundener Phenole assoziiert ist, aber nur im geringen Ausmaß mit in der Vakuole und im Zytoplasma befindlichen löslichen Phenolen assoziiert ist. Statistische Auswertungen zeigten, dass eine Veränderung V. longisporum-induzierter Phenole und nicht der präformierten Phenole eine wichtige Rolle in der Wirt-Pathogen-Interaktion spielen. Phenole (p-Cumarsäure, Kaffeesäure), die für die Zellwand-synthese notwendig sind, Kaffesäure-Derivate (Chlorogensäure, Rosmarinsäure), Pflanzenhormone (Salizylsäure, Gentisinsäure) und glykosilierte Flavonoide (Naringin, Phlorizin) hingegen spielen zwar eine signifikante, aber doch untergeordnete Rolle für die Resistenzausprägung in Raps. Darüber hinaus konnte in dieser Studie nachgewiesen werden, dass entgegen anderen Angaben in der Fachliteratur, die Ligninmonomer-Zusammensetzung nur eine marginale Rolle bei der Resistenz gegen V. longisporum spielt. Erstmalig wird hier gezeigt, dass eine starke Assoziation zwischen Resistenzausprägung und einfachen Phenolen aus der Gruppe der Hydroxyzimtsäuren (Ferulasäure, 5-Hydroxyferulasäure und Sinapinsäure) und Hydroxybenzoesäure-Derivaten (Vanillin, Vanillinsäure, Protocatechusäure a) gegeben ist. Die Wichtigkeit dieser Verbindungen konnte durch Kolokalisation der Metaboliten-QTL mit dem Major- und Minor-Resistenz-QTL bestätigt werden. Basierend auf Metabolitenexpressionsmustern und Integration von publizierten Stoffwechselwegsdaten konnten Kandidatengene des zentralen Phenylpropanoid- und abzweigender Stoffwechselwege (4CL, F5H, CHS, UGT) als relevant für die B. napus - V. longisporum-Interaktion identifiziert werden.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler