Elicitoren der Duftstoffemission von Rainfarnpflanzen

Titelangaben

Mack, Lienhard:
Elicitoren der Duftstoffemission von Rainfarnpflanzen.
Bayreuth , 2012
( Dissertation, 2012 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

Volltext

Link zum Volltext (externe URL):

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Elicitoren im Vorderdarmsekret (Regurgitat) von Spodoptera littoralis - Raupen für die Auslösung der Duftstoffproduktion in Rainfarnpflanzen. Vier HPLC-Fraktionen F0/2, F0/4, F0/5 und F0/6 der durch Festphasenextraktion aus dem Regurgitat von Spodoptera littoralis - Raupen erhaltenen Fraktion F0 induzieren nach Applikation an verletzte Rainfarnpflanzen die Emission von Mono- und Sesquiterpenen, die auch nach Fraß dieser Raupen an Rainfarn abgegeben werden. Bei der Extraktion eines Aliquots der Fraktion F0 mit CH3OH/H2O 85:15 wurden 0,3 mg eines Rückstandes erhalten, der nach HPLC-Vergleich eine sehr ähnliche Zusammensetzung wie die HPLC-Fraktion F0/6 aufwies. Um Informationen über die Strukturen der in den Fraktionen enthaltenen Verbindungen zu erhalten, wurden NMR-Spektren von den Fraktionen F0 und F0/6 aufgenommen, die 1H NMR Resonanzsignale in dem Bereich von delta = 3,20 – 5,40 ppm zeigten, was auf Oligosaccharide hindeutete. Die Auswertung der 1D- und 2D-NMR Daten von Fraktion F0/6 führten zur Struktur von Stachyose. Weiterhin wurden im 13C-NMR Spektrum von F0/6 Signale mit chemischen Verschiebungen beobachtet, die im gleichen Bereich wie Stachyose lagen. Es wurde vermutet, dass es sich hierbei um Homologe von Stachyose wie Saccharose, Raffinose und Verbascose handeln könnte. Dieser Annahme wurde deshalb mit HPLC- und HPLC/ESI-MS Untersuchungen nachgegangen. Durch Vergleich der HPLC-Retentionszeiten eines Standards aus den drei kommerziell erhältlichen Oligosacchariden Saccharose, Raffinose und Stachyose mit denen von Fraktion F0/6 konnten diese Saccharide identifiziert werden. Verbascose wurde durch Coinjektion von kommerziell erhältlicher Verbascose mit der Fraktion F0/6 detektiert. HPLC/ESI-MS des Saccharidgemisches von Fraktion F0/6 lieferte bei den entsprechenden Retentionszeiten die ESI-Massenspektren der vier Oligosaccharide. Hochaufgelöste ESI-Massenspektren von Saccharose, Raffinose, Stachyose und Verbascose aus der Fraktion F0/6 wurden an einem HR-ESI-FT-ICR-Massenspektrometer erhalten und sind in Übereistimmung mit den Strukturen. Die kommerziell erhältlichen Oligosaccharide Saccharose, Raffinose, Stachyose und Verbascose wurden in analoger Weise wie die Regurgitatfraktionen an verletzte Rainfarnpflanzen appliziert, das Rainfarnduftstoffspektrum mit der CSLA gesammelt und durch GC qualitativ und quantitativ analysiert. Saccharose erhöht wie die anderen drei Oligosaccharide die Emission von trans-Sabinol, Campher, Limonen und 1,8-Cineol. Außerdem induziert sie die Bildung von cis- und trans-Sabinenhydrat. Raffinose, Stachyose und Verbascose elicitieren zusätzlich zu den schon aufgeführten Monoterpenen die Abgabe von m-Cymen, p-Cymen, cis-Sabinenhydrat, trans-Sabinenhydrat und Borneol. Die verstärkte Emission der Rainfarn Sesquiterpene Germacren D und Bicyclogermacren ist möglicherweise auf ein polareres Oligosaccharid mit dem Molekulargewicht M = 990 g/mol aus der Fraktion F0/6 zurückzuführen, das durch HPLC/ESI-MS identifiziert wurde. Bei dieser Verbindung handelt es sich wahrscheinlich um Ajugose. Ob die Konzentrationen der von Rainfarn nach Fraß von Spodoptera littoralis - Raupen emittierten Monoterpene p-Cymen, 1,8-Cineol, Campher und Limonen ausreichen, um eine toxische Wirkung gegenüber Spodoptera littoralis- Raupen zu entfalten, müsste in weiteren Untersuchungen geklärt werden. In dieser Arbeit wurde erstmalig gezeigt, dass Oligosaccharide aus dem Vorderdarmsekret von Spodoptera littoralis - Raupen nach Applikation an verletzte Rainfarnpflanzen die Emission von Mono- und Sesquiterpenen induzieren, die auch nach Fraß dieser Raupen an Rainfarn abgegeben werden. Das Hepta-β-D-glucosid aus der Zellwand des Pilzes Phytophthora sojae, der bei der Sojabohnenpflanze Glycine max die Stamm- und Wurzelfäule auslöst, induziert in ihr die Synthese des Phytoalexins Glyceollin I, das fungizid wirkt. In den Zellmembranen von Glycine max Keimblättern gibt es ein Bindungs-Protein, an das das Hepta-beta-D-glucosid spezifisch mit hoher Aktivität bindet und eine rezeptorvermittelte Signaltransduktion einleitet. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit zwischen diesem Hepta-beta-D-glucosid und den im Vorderdarmsekret von Spodoptera littoralis - Raupen detektierten Oligosacchariden, die die Induktion des charakteristischen Duftstoffbuketts von Rainfarnpflanzen auslösen, könnten die Oligosaccharide möglicherweise auch eine rezeptorvermittelte Signaltransduktion bewirken.

Abstract in weiterer Sprache

This work addresses the search for elicitors in the regurgitate of Spodoptera littoralis larvae that induce the formation of volatile compounds of the odor of tansy plants. Four HPLC-fractions F0/2, F0/4, F0/5 and F0/6, which were obtained from the aqueous SPE-extract F0 of the regurgitate, induce the emission of monoterpenes and sesquiterpenes that are also emitted upon larval feeding when they are applied to mechanically wounded tansy plants. The extraction of an aliquot of fraction F0 with CH3OH/H2O 85:15 yielded 0,3 mg of a residue that turned out to be composed very similar to the fraction F0/6. NMR-spectra of the fractions F0 and F0/6 were taken to gain information about the structures of the compounds in these fractions. They showed 1H resonance signals in the area of delta = 3.20 - 5.40 ppm, which indicated oligosaccharides. Processing of the 1D- and 2D-NMR data of the fraction F0/6 led to the structure of stachyose. In the 13C-NMR spectrum of F0/6 further signals with chemical shift values in the same area as stachyose were observed. It was suggested that these could come from homologes of stachyose such as sucrose, raffinose and verbascose. Therefore HPLC- and HPLC/ESI-MS measurements were performed to check this. The oligosaccharides in fraction F0/6 were identified by comparision of their HPLC-retention times to a standard of the three commercially available saccharides sucrose, raffinose and stachyose. Verbascose was detected by coinjection of commercially available verbascose with the fraction F0/6. HPLC/ESI-MS of the saccharide mixture in fraction F0/6 acquired the ESI-mass spectra of the four oligosaccharides at the appropriate retention times. High resolution mass spectra of sucrose, raffinose, stachyose and verbascose were obtained from an HR-ESI-FT-ICR-mass spectrometer and are in accordance with these structures. The commercially available oligosaccharides sucrose, raffinose, stachyose and verbascose were applicated to wounded tansy plants in a similar manner as the fractions of the regurgitate. The odor of tansy was collected by CLSA and qualitatively and quantitatively analyzed by GC. Sucrose raises the emission of trans-sabinol, camphor, limonene and 1,8-cineol, as the three other oligosaccharides do. It induces the formation of cis- and trans-sabinene hydrate. Raffinose, stachyose and verbascose induce the emission of m-cymene, p-cymene, cis- sabinene hydrate, trans-sabinene hydrate and borneol. The amplified emission of the sesquiterpenes germacrene D and bicyclogermacrene may result from the action of a more polar oligosaccharide with a molar mass of M = 990 g/mol which has been detected in the fraction F0/6 by HPLC/ESI-MS. This compound is probably ajugose. It needs further investigations to show, if the concentrations of the monoterpenes p-cymene, limonene, 1,8-cineol and camphor that are emitted after feeding of Spodoptera littoralis larvae, are sufficient to have a toxic effect against Spodoptera littoralis larvae. In this work is shown for the first time that oligosaccharides from the regurgitate of Spodoptera littoralis larvae induce the emission of the same monoterpenes and sesquiterpenes that are emitted after feeding of Spodoptera littoralis larvae, when they are applied to mechanically wounded tansy plants. The hepta-beta-D-glucoside from the cellular wall of the fungus Phytophthora sojae, which is causing the rot of the stem and the roots of the soy bean plant, induces in the soy bean plant the synthesis of the phytoalexin glyceollin I, which acts as a fungicide. In the cellular membranes of cotyledons of Glycine max is an elicitor-binding-protein to which the hepta-beta-D-glucoside specifically binds with a high affinity and thus starts a receptor mediated signal transduction. The oligosaccharides detected in the regurgitate of Spodoptera littoralis larvae that induce the characteristic odor bouquet of tansy plants could perhaps also start a receptor mediated signal transduction. This can be assumed, because their structure is similar to that of this hepta-beta-D-glucoside.