Plantekongres 2012-10. januar 2012 Session E3 Planters eget forsvar overfor insekter Vinterkarse producerer forsvarsstoffer mod insekter H H Vera Kuzina Poulsen, Postdoc vkp@life.ku.dk http://www.ecogenomics.life.ku.dk/
Vinterkarse: ukrudt, afgrøde eller altenativ til pesticid? Vildtvoksende planteart fra kålfamilien Tæt beslægtet med raps, rucola, radiser og sennepsplanten Potentiel afgrøde lieplante Grøntsag Medicinplante Genetisk potentiale Resistens mod insekter Resistens mod sygdomme Agronomisk potentiale Fang-afgrøde for insekter Biologiske sprøjtemidler
Vinterkarse: Naturligt levested
Fordeling af vinterkarse i Danmark 50 km G-type P-type Blandet population
Vinterkarse som føde for insekter, der lever på kål-familien Renwick (2002) Entomol Exp Appl 104: 35 42 FANG-AFGRØDE Shinoda et al (2002) Badenes-Pérez et al (2010) Vores forskningsgruppe Lille Kålsommerfugl Grønåret Kålsommerfugl Kålmøl Jordloppe VINTERKARSE Pieris rapae Pieris napi Plutella xylostella Phyllotreta nemorum B. vulgaris arcuata G + - - - B. vulgaris arcuata P + + + +
Hvidrust (Albugo candida) Vinterkarse, Jordlopper og Hvidrust P-type pubescent (behåret) modtagelig for jordlopper resistent mod hvidrust Vinterkarse (Barbarea vulgaris) G-type glabrous (glat) resistent mod jordlopper modtagelig for hvidrust Jordlopper (Phyllotreta nemorum)
Vinterkarse inficeret med hvidrust
Hvorfor angriber jordlopper ikke G-type vinterkarse? P-type pubescent (behåret) modtagelig for jordlopper G-type glabrous (glat) resistent mod jordlopper Vinterkarse (Barbarea vulgaris) Jordlopper (Phyllotreta nemorum) Vores mål var at finde:v 1. Hvilke kemiske forbindelser gør G-typen resistent 2. Gener for resistens
Interaktion mellem vinterkarse og jordlopper KRYDSNING af P og G og efterfølgende krydsning af afkommet med sig selv. BI-TEST GENMICS for at finde de gener, der står bag resistens og produktionen af saponinerne. modtagelig P behåret 1 x F 1 resistent G glat Analyse af jordlopper-larverresistens i hybriderne og forældrene. FÆNTYPE Resistens er ikke relateret til behåring. METABLMICS Analyse af sammenhængen mellem insekt-resistens og koncentration af tusinvis af kemiske forbindelser i hybriderne. Vi har sekventeret hele planternes genom og transkriptom (P og G). Ved hjælp af kortlægning har vi fundet de områder i arvemassen, hvor resistens-generne ligger. BIKEMI Funktionalitets-analyse af kandidat-gener. 160 F 2 Vi er endt op med 160 hybrider, som har arvet forskellige gener (egenskaber) fra forældrene. H H Saponiner er de bioaktive stoffer i G-typen, som giver resistens mod jordlopperne.
Saponiners egenskaber Komplekse strukturer Triterpenoid med vedhæftet sukkerkæde Mange forskellige kombinationsmuligheder P-type Saponiner er bioaktive G-typen: resistens mod jordlopperne og kålmøl P-typen: resistens mod hvidrust? G-type Findes i mange planter Lakrids, ginseng, havre, bælgplanter og vindruer hydrofil H Bruges i industri pskumningsmiddel og smags-modifikatorer Medicin: effekt på immunforsvar og kræft, vacciner H Giftige for jordlopper
Saponiner ødelægger membraner Dannelse af porer Dannelse af vesikler Ødelæggelse af domæner i membranen phospholipid sterol saponin saponin-sterol complex sphingolipid Augustin et al (2011)
Smager af kål Vinterkarse som fang-afgrøde for kålmøl Glucosinolater - karakteristisk skarp smag Specialiserede insekter tiltrækkes Glucosinolater på bladoverfladen Vinterkarse er mere tiltrækkende for kålmøl end kål Dead-end fang-afgrøde Visse saponiner dræber larver af kålmøl Larve-overlevelse indtil forpupningen 13% 0% 0% 0% de fleste 73% 3 Indhold af saponiner μmol/g tørstof 2 1 Hederagenin cellobioside leanolic acid cellobioside 0 B. rupicola B. verna B. vulgaris var. variegata B. vulgaris var. arcuata G-type B. vulgaris var. arcuata P-type B. napus N. officinale Modificeret fra: Badenes-Pérez et al (2011) Badenes-Pérez et al (2010) Vinterkarse Raps Brøndkarse
Vi ved: Gener fra vinterkarse kan give raps forsvar mod sygdom og insekter hvorfor vinterkarse har resistens mod jordlopper og kålmøl Vi undersøger: årsagerne til resistens mod hvidrust Vi vil: opnå indsigt i planters naturlige forsvarsmekanismer udvikle afgrøder med bedre resistens mod skadevoldere udvikle biologiske bekæmpelsesmidler
Samarbejdspartnere Institut for Plantebiologi og Bioteknologi Søren Bak Jörg M. Augustin Pernille Ø. Erthmann Institut for Jordbrug og Økologi Sven Bode Andersen Thure P. Hauser Tamara van Mölken Christine Heimes Stina Christensen Lisa Munk Institut for Grundvidenskab og Miljø Carl Erik lsen Claus Ekstrøm Jens Kvist Nielsen Institut for Fødevarevidenskab Bekzod Khakimov
www.ecogenomics.life.ku.dk