Plants interact with their environment with a great variety of volatile organic compounds (VOCs), isoprenoids (≡ terpenes), i.e. isoprene, mono-, homo-, di-and sesquiterpenes, being the most prominent group. Isoprene, a hemiterpene, is the simplest isoprenoid compound whose main source, woody plant species, comprises 75% of the 500 Tg C isoprene emitted to the atmosphere per year. Due to the significant influence of isoprene in atmospheric chemistry, growing research interests have focused to

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... vestigate this C5 compound. However, physiological function (s) of isoprene emission in planta is not elucidated to date. Actual studies indicate that isoprene can Im zweiten Teil der Arbeit wurde Arabidopsis thaliana, (Ökotyp Columbia-0), eine natürlicherweise nicht Isopren emittierende Pflanze, mit dem Gen der Isoprensynthase (ISPS) aus der Pappel transformiert. Die Expression der PcISPS in Arabidopsis führte zu einer Emission von Isopren, die jedoch verglichen zu der Emission aus Pappeln sehr viel geringer war. Wachstumsanalysen zeigten, dass die transformierten Isopren emittierenden Pflanzen unter moderatem Temperaturstress ein besseres Wachstum als der nicht emittierende Wildtyp aufwiesen. Die Beobachtung, dass die stärksten Wachstumsunterschiede, die höchsten Konzentrationen an Dimethylallyldiphosphat (DMADP), dem Substrat der ISPS, und die höchsten Enzymaktivitäten in jungen, sich entwickelnden Blättern auftraten, deutet auf einen funktionellen Zusammenhang zwischen dem Einbringen des PcISPS-Gens und der physiologischen Reaktion hin. Für die physiologischen Studien an diesen Pflanzen musste ein neues dynamisches Gasaustauschsystem entwickelt werden, das Photosynthese-und Emissionsmessungen an Arabidopsis-Rosetten und Pappelblättern bei schnellem Wechsel von Lichtintensitäten und Blatttemperaturen ermöglicht. Es zeigte sich, dass Arabidopsis-Blätter generell eine hohe Thermotoleranz aufweisen. Dagegen wiesen transgene, nicht Isopren emittierende Pappellinien, bei denen die Genexpression der ISPS über RNA-Interferenz (RNAi) unterdrückt wurde, unter identischen Bedingungen eine starke Beeinträchtigung der Photosyntheseleistung und des photosynthetischen Elektronentransports bei kurzfristigem Licht-und Temperaturstress im Vergleich zu entsprechenden Wildtypen auf. Die Ergebnisse liefern einen klaren Beweis dafür, dass die Fähigkeit Isopren zu emittieren eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung von photosynthetischen Prozessen in der Pappel einnimmt. Transgene Linien von Arabidopsis wurden des Weiteren für ökophysiologische Studien herangezogen, um die Rolle von Isopren bei Pflanzen-Insekten-Interaktionen zu untersuchen. Fressen herbivore Insekten an Pflanzen, löst dies eine Abwehrreaktion aus, die zur Abgabe von flüchtigen organischen Verbindungen führen kann, die als Lockstoffe für Feinde der Herbivoren fungieren. In den durchgeführten Studien konnte bewiesen werden, dass die parasitische Schlupfwespe Diadegma semiclausum auf der Suche nach ihrem Wirt Plutella xylostella (Kohlmotte) jeweils den Wildtyp gegenüber den Isopren emittierenden Pflanzen beworzugte. Wurden der Schlupfwespe zwei befallene Kohlpflanzen (Brassica oleracea), der natürliche Wirt der Kohlmotte, oder Wildtyp Arabidopsis-Pflanzen angeboten, eine jedoch mit Isopren begast, bevorzugte die Schlupfwespe auch hier die Isopren-freien Varianten. Das Verhalten der beiden untersuchten Herbivoren (Pl. xylostella und Pieris rapae (Kleiner Kohlweissling)) wurde dagegen nicht durch Isopren beeinflusst. Bei diesen Untersuchungen gab es keine Unterschiede bei der Emission von anderen Terpenen zwischen den transgenen und nicht transgenen Arabidopsis-Pflanzen. Diese Erkenntnisse weisen darauf hin, dass die Isopren Emission eine komplexe Rolle bei biotischen Interaktionen zwischen Pflanzen und Insekten spielt.