Visualisierung der Polyphenol-basierten chemischen Pflanzenabwehr mittels Nanosensoren

Einem internationalen Forschungsteam mit Göttinger Beteiligung ist es gelungen, Nanosensoren zu entwickeln, welche die chemische Pflanzenabwehr visualisieren.

Dies könnte in Zukunft eingesetzt werden, um fundamentale Prozesse der Pflanzen-Pathogen Interaktion genauer zu studieren und zu verstehen, aber auch im Bereich der intelligenten Agrarproduktion, um nach effizient nach neuen Kultivarten zu suchen, welche natürlicherweise eine erhöhte Abwehr besitzen. Möglich wurde dies, indem Nanometer-große (10^-9 m) Kohlenstoffnanoröhren (engl. SWCNTs) mit einer speziellen Oberflächenchemie versehen wurden, sodass diese ihre Fluoreszenzeigenschaften in Anwesenheit von Polyphenolen ändern. Diese Klasse an Sekundärmetaboliten sind im Pflanzenreich allgegenwärtig und beteiligt an der konstitutiven und auch induzierbaren Abwehr gegenüber Pathogenen und Herbivoren. Somit kommen Polyphenole prinzipiell in allen Pflanzengeweben und -organen vor und können eine große Vielfalt an chemischen Strukturen und unterschiedlichen ökologischen Funktionen aufweisen. Die In-situ-Detektion und die Visualisierung dieser biologischen Prozesse bleiben jedoch eine Herausforderung, da die meisten herkömmlichen analytischen Ansätze keinen nicht-invasiven Zugang zu In-vivo-Systemen ermöglichen. Die Forschungsarbeit nutze nun erstmals Nah-Infrarot (NIR) fluoreszierende Nanosensoren für die Detektion und Bildgebung von Pflanzenpolyphenolen aus Gewebeextrakten und Sojabohnenzellkulturen (Glycine max), sowie in-vivo nach Freisetzung aus Soja-Wurzeln. Die Ergebnisse erschienen in der renomierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie (International Edition) unter dem Titel: „Detection and imaging of the plant pathogen response by near infrared fluorescent polyphenol sensors“. An diesem interdisziplinären Forschungsprojekt, welches Nanomaterialien, optische Sensoren und Pflanzenphysiologie vereint war ein internationales Forschungsteam beteiligt, bestehend aus Forschenden der Georg-August Universität Göttingen, der Ruhr-Universität Bochum, des Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie (Jena), des Karlsruhe Institute of Technology (KIT), der Pontifical Catholic University of Peru und University of California; unter der Leitung von Dr. Robert Nißler und Prof. Sebastian Kruss (Göttingen/ Bochum).