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Regulation and Metabolic Engineering of Saponins for use as bio-pesticides.

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Rolle der Saponine im Pflanzenschutz erforscht

Pflanzen produzieren eine erstaunliche Bandbreite an chemischen Verbindungen, um Angriffe pflanzenfressender Insekten abzuwehren. Doch trotz ihres Potenzials für den Einsatz in der Schädlingsbekämpfung sind diese Verbindungen noch weitgehend unerforscht und ihre möglichen Vorteile bleiben ungenutzt.

Klimawandel und Umwelt
Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Schadinsekten und Pathogene verursachen erhebliche Schäden an Nahrungspflanzen. Dies erfordert einen höheren Einsatz von Pestiziden mit potenziell schädlichen Auswirkungen für die Umwelt und die Landwirtschaft. Es besteht die dringende Notwendigkeit, neue und nachhaltige Wege zu entwickeln, um diese Verluste zu begrenzen und die Ernährungssicherheit zu gewährleisten. Aus Pflanzen gewonnene Verbindungen, wie Saponine, bieten eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Alternative zu synthetischen Pestiziden. Um ihr Potenzial voll auszuschöpfen, müssen wir jedoch verstehen, wie die Saponinproduktion in Pflanzen ausgelöst und gesteuert wird. Das Projekt REMES, das mit Unterstützung der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, untersuchte die genetischen und molekularen Grundlagen für die Biosynthese und Regulierung von Triterpenoid-Saponinen. „REMES nutzte die insektenresistente Pflanze Barbarea vulgaris als Modellsystem, um unser Verständnis zu erweitern und Saponine mit maßgeschneiderten chemischen Strukturen zu entwickeln, die gezielt gegen Schädlinge wirken“, sagt Projektkoordinator Søren Bak.

Bessere Alternative für die Schädlingsbekämpfung

Das Kraut B. vulgaris, das unter anderem als Gewöhnliches Barbarakraut oder Winterkresse bekannt ist, weist von Natur aus einen hohen Gehalt an Saponinen auf. Deshalb hat REMES ein Gewebekultur- und Transformationsprotokoll für B. vulgaris erstellt sowie Zucht- und Fütterungsversuche mit der Kohlschabe Plutella xylostella unternommen, einem Schädling, der häufig an den Blättern von Kreuzblütlern zu finden ist. „Auf diese Weise konnten wir untersuchen, wie Pflanzen Saponine produzieren und akkumulieren und auch welche Auswirkungen eine einzige kleine Veränderung in der chemischen Struktur eines Saponins auf seine biologische Bedeutung haben kann“, erklärt Bak. Saponine scheinen sich in ihrer Wirkungsweise von herkömmlichen chemischen Pestiziden zu unterscheiden. Daher können sie möglicherweise gegen Schädlinge eingesetzt werden, die gegen herkömmliche Pestizide resistent sind. Darüber hinaus sind sie weniger giftig für die Umwelt als dies bei chemisch-synthetischen Pestiziden der Fall ist. „Durch eine vielfältigere Art der Schädlingsbekämpfung sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei den Schadinsekten und Pathogenen Resistenzen bilden“, betont Pablo Cárdenas, leitender Forscher des Projekts. „Infolgedessen können wir einen generellen Rückgang der in der Landwirtschaft eingesetzten Pestizide erwarten.“

Maßgeschneiderte Lösungen

Laut Bak gibt es eine erhebliche Anzahl von Pflanzenstoffen, über deren Funktion in den Pflanzen wir wenig bis gar nichts wissen. „Zumindest für Saponine scheint zu gelten, dass ihre Vielfalt durch eine begrenzte Anzahl von Genen bestimmt wird, die für Enzyme mit Substrat- und Produktpromiskuität kodieren. Viele dieser Verbindungen sind wahrscheinlich an der Anlockung von Nützlingen beteiligt oder dienen der Pflanzenabwehr gegen Pflanzenfresser und eignen sich für den Einsatz in der Biotechnologie.“ Die durch REMES gewonnenen Erkenntnisse können als Modellplattform für die Entwicklung zukünftiger Biopestizide genutzt werden. „Die Erstellung eines Gewebekultur- und Transformationsprotokolls für B. vulgaris wird es uns ermöglichen, eine maßgeschneiderte Produktion von spezialisierten Stoffwechselprodukten in Pflanzen und einen breiter gefächerten Ansatz zur Bekämpfung von Schadinsekten und Pathogenen zu entwickeln. Die Verwendung von Biopestiziden hat potenzielle Vorteile für die Landwirtschaft, Verbrauchende und unsere Umwelt. Außerdem wird die EU in ihrem Bestreben unterstützt, eine weltweite Führungsrolle in der Entwicklung und dem Einsatz von nachhaltigen Biopestiziden für die Landwirtschaft zu übernehmen“, schließt Cárdenas.

Schlüsselbegriffe

REMES, Saponin, Pestizid, Barbarea vulgaris, Schädlingsbekämpfung, Plutella xylostella

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