In diesem Vorhaben wurde eine Methode entwickelt, wie mittels hochauflösender Flüssigkeitschromatographie die Hauptgruppen des Phytoplanktons qualitativ bestimmt werden können. Die Motivation für diese Methodik lag darin begründet, daß die Populationsstruktur des Phytoplanktons ein hervorragender biologischer Parameter zur Bewertung der Wasserqualität darstellt. In dem Vorhaben wurde die ökologische und funktionelle Bedeutung der Carotinoide in Phytoplankton untersucht.
Terpenes (=isoprenoids) are volatile organic compounds (VOCs) emitted by plants but their ecological functions are not fully understood. Poplars are strong isoprene emitters. In preceding studies we have constructed non-isoprene emitting poplars and started with their characterization. We have also constructed poplars expressing pinene synthase. We aim to study the role of isoprene and monoterpenes in herbivore and mycorrhizal interactions. In addition to wild type poplar plants (isoprene and non-monoterpene emitters) we will make use of transgenic poplar lines, that are either non-isoprene emitters or non-isoprene, but constitutive monoterpene emitters. The influence of the VOC emission on the interaction with herbivores and/or ectomycorrhizal fungi will be studied under laboratory, green house and open air conditions. Furthermore, it will be investigated how attack by herbivores affects the survival of ectomycorrhizal fungi or pathogenic fungi and vice versa, and how EM changes the VOC blend emitted by the plants and the performance of leaf feeding insects. Responses of the plant and the ectomycorrhiza will be studied on a molecular level. The results of these studies will provide important knowledge about poplar interaction and defense from herbivory.
Die Blätter der immergrünen Steineiche (Quercus ilex L.) produzieren und emittieren temperatur- und lichtabhängig Monoterpene. Der physiologische Vorteil der Monoterpenemission für die Steineiche und andere Baumarten wie z.B. die Birke (Betula pendula Roth) mit gleichen Emissionseigenschaften ist unklar. Es gibt aber Hinweise, dass Monoterpene, in ähnlicher Weise wie Isopren, zu einer Erhöhung der Wärmetoleranz führen können. Über die genaue Funktion dieser Monoterpenemission für die Pflanze wie auch über die ihr zugrundeliegende Regulation auf Gen- und Proteinebene ist gegenwärtig noch nichts bekannt. Im Rahmen von Vorarbeiten mit der Steineiche konnten die kinetischen Eigenschaften von Monoterpensynthasen charakterisiert und ihre Bedeutung für die Monoterpenemission gezeigt werden. Weiterhin konnte aus cDNA der Steineiche ein Gen einer funktionell in E. coli exprimierbaren Myrcensynthase isoliert werden. Ziel des Projekts ist die Funktionsanalyse der licht- und temperaturabhängigen Monoterpenemission von Bäumen und deren Regulation. Hierzu werden aufbauend auf Arbeiten mit der Steineiche Birken mit aus der Steineiche stammenden Monoterpensynthasen (z.B. Myrcensynthase) transformiert und die transgenen Linien für die Untersuchungen zur Funktion der Monoterpenbiosynthese und -emission, insbesondere in Abhängigkeit der Umweltfaktoren Temperatur und Licht genutzt.
Die zunehmende Verwendung von Monoterpenen wie vor allem d-Limonen, a-, b-Pinen, 3-Caren und a-Terpinen in Produkten aus dem Bereich der Körperpflege, terpenhaltigen Medikamenten, sowie der vermehrte Einsatz von terpenhaltigen Naturstoffen als Baumaterialien in Innenräumen bildet möglicherweise eine wesentliche Ursache für das steigende Auftreten der entsprechenden Sensibilisierungen. Zwischen 1995 und 1999 stieg die Anzahl der sensibilisierten Patienten von 0,5 auf 2,9 Prozent. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind wenig verstanden. In diesem Forschungsvorhaben sollen vergleichende in vitro und in vivo Untersuchungen Ansätze zur Klärung dieses sozialmedizinisch bedeutsamen Problems liefern. Exemplarisch sollen hierzu die Terpene, a-Terpene, d-Limonen und 3-Caren auf ihr allergenes Potential für Blutleukozyten bzw. T-Lymphozyten der Haut auf polyklonaler und monoklonaler Ebene analysiert werden. Daneben soll die transiente Genexpression durch die Substanzen in Antigen-präsentierenden Zellen ermittelt werden und gleichzeitig die dafür relevanten Metabolite und Oxidationsprodukte identifiziert werden. Dabei soll geklärt werden, welchen Anteil einzelne Metabolite und Oxidationsprodukte bzw. Kombinationseffekte im Vergleich zu den Ausgangssubstanzen an den in vivo Befunden haben. Diese Untersuchungen werden grundlegende Hinweise zum Wirkmechanismus der Substanzen liefern und dadurch Ansätze für die Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen von Monoterpenexpositionen in umweltrelevanten Konzentrationen bieten.