Identifikation von „Defense Primern“ anhand der OTR – Präventive Immunstärkung für die Landwirtschaft

Das nun an der RWTH Aachen entwickelte Verfahren ermöglicht die Identifikation von Immun-Primern mittels OTR-Monitoring auf eine neue und sehr effiziente Art und Weise. Anwendungsbereiche liegen speziell im nachhaltigen Pflanzenschutz.

Abiotische Stresstoleranz, Schädlings- und Krankheitsre­sistenz sind nach wie vor entscheidende Faktoren beim ertragreichen Anbau von Nutzpflanzen. Das sog. Abwehr-Priming, d.h. das Aufbringen von Wirkstoffen zur präven­tiven Stärkung des pflanzlichen Immunsystems, ist bis heute das wirksamste Mittel zur risikofreien Ertragsstei­gerung. In diesem Bereich können umweltfreundliche Alternativen zu Pestizi­den verwendet werden. Dies sind vorzugsweise natürliche oder naturnahe Stoffe, die die pflanzliche Abwehr prä­ventiv steigern (als einzelne Sub­stanz oder – häufiger – als Wirkstoffkombination).

Abwehr-Primer geben dem Immunsystem das Rüstzeug für künftige Angriffe, ohne die Abwehr vorab zu aktivieren; ihre Identifikation ist deshalb schwierig. Vorhandene Verfahren sind auf Modellorganismen be­schränkt und ihre Ergebnisse daher nie direkt und daher nur bedingt für die Landwirt­schaft nutzbar.

Entstanden ist dieses Verfahren im Rahmen eines von der Exzellenzinitiative und der Hans Hermann Voss-Stiftung geförderten Projekts. Grundlage war die Erkennt­nis, dass beim Priming aktive Substanzen direkt nach Zugabe einen erhöhten Stoffwechsel der Zellen hervor­rufen. Damit geht oft die Synthese von reaktiven Sauer­stoffarten einher; einem be­kannten Mediator von pflanz­lichen Abwehrreaktionen. Deshalb kann das Priming-Potenzial von potenzi­ellen Wirkstoffen anhand einer erhöhten Sauerstofftransfer­rate (OTR – oyxgen transfer rate) beschrieben werden, da Sauerstoff bei fast allen metabolischen Prozessen verbraucht wird. Das dazu nötige Monitoring ist durch das bereits am Markt erhält­liche System RAMOS (respiratory activity monitoring system) möglich.
Das System ist hochdurchsatzfähig und eignet sich auch für Human- und Tierzellen. Deshalb ist das Verfahren auch für die präventivmedizinische Wirk­stoffidentifikation von Bedeutung.

• Umweltfreundliche Pflanzenschutzmittel schnell & zuverlässig identifizieren
• Test an ganzen Pflanzen oder mit Zellkulturen
• Unabhängig vom Zelltyp
• Simultane Erfassung weiterer zellphysiologischer Parameter möglich (Ethylenfreisatz, …)
• Auffinden von natürlichen und naturnahen Wirkstoffen im Hochdurchsatz-Verfahren
• Analyse von Einzelsubstanzen sowie Wirkstoffkombinationen möglich

Das an der RWTH Aachen entwickelte Verfahren ermög­licht das Auffinden von Substanzen, die das Abwehr-Priming auf eine neue, sehr effiziente Art und Weise induzieren. Anwendungsbereiche liegen primär im nachhaltigen Pflan­zen­schutz.

Schilling, J.V., Schillheim, B., Mahr, S. et al.
"Oxygen transfer rate identifies priming compounds in parsley cells".
BMC Plant Biol 15, 282 (2015).
doi.org/10.1186/s12870-015-0666-3