Stress-induzierte Pflanzentoleranz

Pflanzen verändern ihre metabolischen Prozesse, um unter ungünstigen Umweltbedingungen weiterhin ertragsreich sowie widerstandsfähig sein zu können oder im Ernstfall sogar ihr Überleben zu sichern. Hierfür bilden sie sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, die meist anti-oxidative Wirkung besitzen und damit beispielsweise einen "Sonnenschutz" bieten, wenn die photosynthetische Leistungsfähigkeit durch limitierte Wasserversorgung eingeschränkt wird. Es ist also im umgekehrten Sinne möglich gezielt durch abiotische Stressbedingungen Zielmetabolite in Pflanzen anzureichern. Diese können dann potentiell als natürliche Ressource gesehen und in der grünen Restbiomasse der Pflanzen enthalten am Ende der Kulturführung in einen Ansatz der zirkulären Bioökonomie eingehen.

In diesem Kontext konzentrierten sich das BioSC-Projekt InducTomE (https://www.biosc.de/inductome) und das BMBF-Projekt TaReCa (https://www.fz-juelich.de/ibg/ibg-2/EN/Research/Projects/TaReCa/TaReCa_node.html) auf die stressinduzierte Anreicherung von Zielmetaboliten in Tomaten- bzw. Paprikablättern, um diese in kaskadengestalteten nachhaltigen Bioraffinerieansätzen mit weiterführenden Analysen in metabolischen Prozessen und bio-ökonomischen Effekten zu nutzen.

Im Zuge des Klimawandels sind darüber hinaus Kulturpflanzen bzw. Sorten entscheidend, die unter ungünstigen oder auch extremen Bedingungen eine stabile Leistungsfähigkeit sowie hochwertige Qualität liefern. Hinsichtlich der endlichen Phosphor-Reserven und zukünftig großflächigeren Wasserknappheit konzentrierte sich das EU Projekt TOMRES (www.tomres.eu) auf Tomaten, die mit weniger Ressourcen einen vergleichbaren Ertrag erreichen.

Ausgewählte Publikationen

• Ellenberger, J., Siefen, N., Krefting, P., Schulze Lutum, J.-B., Pfarr, D., Remmel, M., Schröder, L., Röhlen-Schmittgen, S., 2020. Effect of UV Radiation and Salt Stress on the Accumulation of Economically Relevant Secondary Metabolites in Bell Pepper Plants. Agronomy 10, 142. https://doi.org/10.3390/agronomy10010142
• Groher, T., Röhlen-Schmittgen, S., Fiebig, A., Noga, G., Hunsche, M., 2019. Influence of supplementary LED lighting on physiological and biochemical parameters of tomato (Solanum lycopersicum L.) leaves. Sci. Hortic. 250, 154–158. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.02.046
• Groher, T., Schmittgen, S., Fiebig, A., Noga, G., Hunsche, M., 2018a. Suitability of fluorescence indices for the estimation of fruit maturity compounds in tomato fruits. J. Sci. Food Agric. 98, 5656–5665. https://doi.org/10.1002/jsfa.9111
• Groher, T., Schmittgen, S., Noga, G., Hunsche, M., 2018b. Limitation of mineral supply as tool for the induction of secondary metabolites accumulation in tomato leaves. Plant Physiol. Biochem. 130, 105–111. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.06.033
• Junker-Frohn, L.V., Lück, M., Schmittgen, S., Wensing, J., Carraresi, L., Thiele, B., Groher, T., Reimer, J.J., Bröring, S., Noga, G., Jupke, A., Schurr, U., Usadel, B., Wiese-Klinkenberg, A., Wormit, A., 2019. Tomato’s Green Gold: Bioeconomy Potential of Residual Tomato Leaf Biomass as a Novel Source for the Secondary Metabolite Rutin. ACS Omega acsomega.9b01462. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01462
• Korwin Krukowski, P., Ellenberger, J., Röhlen-Schmittgen, S., Schubert, A., Cardinale, F., 2020. Phenotyping in Arabidopsis and Crops—Are We Addressing the Same Traits? A Case Study in Tomato. Genes 11, 1011. https://doi.org/10.3390/genes11091011
• Röhlen-Schmittgen, S., Ellenberger, J., Groher, T., Hunsche, M., 2020. Boosting leaf contents of rutin and solanesol in bio-waste of Solanum lycopersicum. Plant Physiol. Biochem. 155, 888–897. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.08.035
• Schmittgen, S., Metzner, R., Van Dusschoten, D., Jansen, M., Fiorani, F., Jahnke, S., Rascher, U., Schurr, U., 2015. Magnetic resonance imaging of sugar beet taproots in soil reveals growth reduction and morphological changes during foliar Cercospora beticola infestation. J. Exp. Bot. https://doi.org/10.1093/jxb/erv109