dc.contributor.author
Cosme, Marco
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:36:49Z
dc.date.available
2015-11-24T13:57:01.290Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/12197
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-16395
dc.description.abstract
The increasing global population brings major challenges to the human food
supply, whereas modern agriculture is accompanied by several environmental
problems and still leaves many people hungry or malnourished. A more
sustainable production and a higher nutritional value of plant foods are
therefore new agricultural paradigms. Part of the solution to enhance yield
and nutritional value of crop foods in a more sustainable manner might be
found in the overlooked rhizosphere, where ancient plant-microbe mutualisms
are known to provide important ecological functions. These microbes interact
actively with plant intrinsic regulators, which in turn have the potential not
only to mediate plant-microbe interactions, but also to influence plant
growth, health and quality. The present thesis had two main objectives: 1) to
test novel effects of beneficial microbes on crop plants related with the new
agricultural paradigms; and 2) to investigate the role of intrinsic plant
regulators involved in microbial effects on crop plants. In chapter II, I
tested whether the beneficial arbuscular mycorrhizal (AM) fungi can affect the
aboveground oviposition of Lissorhoptrus oryzophilus (rice water weevil; RWW),
a root-feeding insect of rice plants. Rice is one of the major staple foods
worldwide. RWW is an important global pest of rice, whose adults feed
aboveground and the larvae feed belowground. I found that AM fungi enhanced
the aboveground oviposition by RWW, which is a novel aspect of agro-ecological
interactions. This suggests that AM fungi can reduce rice resistance against
RWW. Therefore, soil fungi that are generally considered beneficial in terms
of nutrient uptake may not be beneficial in respect to protection against
particular herbivores. In chapter III, I tested whether an endophyte can
protect root against herbivory though gibberellic acid (GA) and jasmonic acid
(JA) signaling in rice. In contrast to AM fungi, the Sebacinalean root
endophyte Piriformospora indica attenuated the negative effects of RWW on
growth through induced root tolerance, without affecting root resistance. This
induced tolerance was mediated by induction of GA signaling and suppression of
JA signaling. Thus, belowground plant-microbe mutualisms can enhance the
tolerance of a globally important crop plant in response to the attack by an
insect pest. These effects were at least partially mediated by plant intrinsic
regulators and should be considered in future management practices. To explore
the potential of AM fungi in improving the nutraceutical value of plant foods,
in chapter IV I tested whether AM fungi can affect the bioactive compounds and
mineral elements in edible leaves of Moringa oleifera, a high nutritional
vegetable crop cultivated in the tropics and sub-tropics. AM fungi enhanced
non-specifically the levels of glucosinolates, reduced species-specifically
the levels of carotenoids, and increased the levels of two microelements in M.
oleifera leaves. These results encourage research on other AM fungal species
and their combinations to achieve general benefits on the nutraceutical value
of M. oleifera. The role of cytokinin (CK) levels in roots and shoots in AM
symbiosis is yet unclear. In chapter V, I tested whether plant CK status
regulates the AM symbiosis between tobacco plants and the AM fungus
Rhizophagus irregularis. The organ-specific CK status affected profoundly the
performance of tobacco in response to AM symbiosis, and suggested that CK in
roots and shoots contribute to balance the nutrient exchange between
symbionts. Overall, the functions of plant-microbe mutualisms can vary
considerably, while phytohormones can play a defining role in these
mutualistic functions. These findings provide significant contributions to the
field of plant-microbe interactions with potential for application in crop
production.
de
dc.description.abstract
Das globale Bevölkerungswachstum führt zu erhöhten Anforderungen an die
Nahrungsversorgung, während die moderne Landwirtschaft durch verschiedene
umweltbedingten Problemen beeinträchtigt wird. Hunger und Unterernährung sind
bleibende globale Probleme. Daher stellen nachhaltige Produktion und eine
höherer Nährwert von pflanzlicher Nahrung die neuen Paradigmen der
Landwirtschaft dar. Ein Teil der Lösung zur Verbesserung der Erträge und der
Erhöhung des Nährwerts von Nutzpflanzen auf nachhaltige Weise könnte in der
bisher vernachlässigten Rhizosphäre liegen, in der bekanntermaßen evolutionär
ursprüngliche mutualisticshe Pflanzen-Mikroorganismen-Wechselwirkungen
wichtige Funktionen erfüllen. Diese Mikroorganismen interagieren aktiv mit
Pflanzen-intrinsischen Regulatoren, welche wiederum das Potenzial haben, nicht
nur die mutualistischen Wechselwirkungen zu vermitteln, sondern auch die
Pflanzenwachstum, -gesundheit und –qulaität zu beeiflussen. Die vorliegende
Doktorarbeithat zwei zentrale Ziele: 1.) Die Überprüfung bisher unbekannter
Effekte von mutualistischer Pilzen auf Nutzpflanzen in Verbindung mit den
neuen landwirtschaftlichen Paradigmen und 2.) Die Untersuchung der Rolle
intrinsischen Pflanzenregulatoren bei den Effekten der Mikroorganismen auf
Nutzpflanzen. In Kapitel II, überprüfte ich, ob die mutualistischen
arbuskulären Mykorrhizapilze (AM) die überirdische Eiablage von Lissorhoptrus
oryzophilus (Rice Water Weevil), ein sich von Reiswurzeln ernährendes Insekt,
beeinflussen. Reis ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel weltweit und
der Rice Water Weevil (RWW) ist eine globale Plage, bei der sich die
erwachsenen Tiere überirdisch und die Larven unterirdisch ernähren. Ich habe
herausgefunden, dass die überirdische Eiablage des RWW durch die AM-Pilze
erhöht werden kann, was einen neuen Aspekt agroökologischer Interaktionen
darstellt. Daraus lässt sich vermuten, dass die AM-Pilze die Resistenz von
Reis gegen den RWW reduzieren. Während diese Bodenpilze für die
Nährstoffaufnahme generell als nützlich verstanden werden, trifft dies
anscheinend nicht bei der Abwehr von Herbivoren zu. In Kapitel III, habe ich
getestet ob ein Endophyt über die Gibberellinsäure (GA) und die Jasmonsäure
(JA) Signaltransduktionswege die Wurzel vor Herbivoren schützen kann. Im
gegensatz zu AM-Pilzen kann der Wachstums-fördernde Wurzelendophyt
Piriformospora indica die negativen Auswirkung des RWW auf das Wachstum von
Reis durch induzierte Wurzeltoleranz abmildern, ohne die Resistenz der Wurzel
zu beeinflussen. Diese induzierte Toleranz wurde durch die Induktion des GA
Signaltransdruktion und durch die Unterdrückung von JA Signaltransduktion
vermittelt. So können unterirdische Pflanzen-Mikroorganismen Wechselwirkungen
die Toleranz einer global sehr wichtigen Kulturpflanze als Reaktion auf die
Angriffe durch ein Insektenparasit erhöhen. Diese Effekte wurden zumindest
teilweise durch pflanzlich intrinsische Regulatoren vermittelt und sollten in
der zukünftigen Managementpraxis berücksichtigt werden. Um das Potenzial von
AM-Pilzen für Nährstoffgehalte von Nahrungspflanzen zu untersuchen, testete
ich in Kapitel IV, ob AM-Pilze bioaktive Komponenten und mineralische Elemente
in essbaren Blättern von Moringa oleifera beeinflusst. M. oleifera ist eine
hochgradig nährstoffhaltige Gemüsepflanze, die in den Tropen und Sub-Tropen
kultiviert wird. AM-Pilze verbesserten unspezifisch den Gehalt an
Glucosinolaten, reduzierten artspezifisch den Gehalt an Carotinoiden und
erhöhten den Gehalt von zwei Mikroelementen in M. oleifera Blättern. Diese
Ergebnisse regen zu weiteren Untersuchungen mit anderen AM-Pilz-Spezies und
deren Kombinationen an, um höhere Nährstoffgehalte bei M. oleifera zu
erzielen. Die Rolle von Cytokininen (CK) in Wurzeln und Sprossen von AM
Pflanzen ist noch weitgehemnd unbekannt. In Kapitel V habe ich überprüft, ob
der Gehalt von CK die AM Symbiose zwischen Tabakpflanzen und dem AM-Pilz
Rhizophagus irregularis reguliert. Der organ-spezifische CK Gehalt
beeinflusste signifikant Wachstum und Phosphataufnahme von Tabak in Reaktion
auf die AM Symbiose tiefgreifend. Dies lässt annehmen, dass CK in Wurzel und
Spross einen Beitrag zur Regulation des Nährstoffaustausch zwischenden
Symbionten leistet. Insgesamt kann die Funktion von mutualistischen Pflanzen-
Mikroorganismen Wechselwirkungen sehr stark variieren, während Phytohormone
eine zentrale Rolle in der Regulation der mutualistischen Funktionen spielen.
Die hier beschriebenen Forschungsergebnisse stellen neue Erkenntnisse für das
Feld der Pflanzen-Mikroorgansimen Wechselwirkungen dar und sind von
wesentlicher Bedeutung für die für die Anwendung in der Produktion von
Kulturpflanzen.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Arbuscular mycorrhizal fungi
dc.subject
Piriformospora indica
dc.subject
rice water weevil
dc.subject
nutraceuticals
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::577 Ökologie
dc.title
Impact of mutualistic root fungi on crop quality and pest defense
dc.contributor.contact
cosme@zedat.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Susanne Wurst
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Thomas Schmülling
dc.date.accepted
2015-11-10
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000100657-9
dc.title.translated
Einfluss von mutualistischen Wurzel-endophytischen Pilzen auf die Qualität und
die Krankheitsabwehr von Nutzpflanzen
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000100657
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000018193
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access