Viele Studien haben sich bereits mit den Wechselwirkungen nützlicher Mikroorganismen und ihrer Wirtspflanzen beschäftigt. Endophytische Bakterien leben in der Pflanze und zeigen per Definition keine phytopathogenen Eigenschaften. Es ist sehr wahrscheinlich, dass alle Pflanzen von zahlreichen Endophyten besiedelt sind. Einigen Endophyten wurden bereits wachstums- und gesundheitsfördernde Wirkungen auf ihre Wirtspflanzen nachgewiesen. Da endophytische Bakterien und Phytopathogene ähnliche ökologische Nischen besetzen, besteht die Möglichkeit, nützliche Bakterien zur natürlichen Schädlingsbekämpfung einzusetzen. Burkholderia phytofirmans (Stamm PsJN) ist solch ein nützlicher Endophyt und für seine wachstums- und gesundheitsfördernden Eigenschaften in Solanum tuberosum und anderen Pflanzen bekannt. Die Infektion mit PsJN kann zu einem Zustand führen, der ähnlich einer Immunisierung ist. Dieses sogenannte ‚Priming’ wird bei Pflanzen als Fähigkeit definiert, schneller und/ oder stärker auf ein Pathogen zu reagieren. Bakterielle Lipopolysaccharide (LPS) spielen in vielen Pflanzen- Mikroben Interaktionen eine wichtige Rolle. LPS tragen zur hohen Impermeabilität der bakteriellen Außenmembran bei und schützen den Mikroorganismus somit vor antibiotischen Substanzen. Sie werden zu einer bestimmten bakteriellen Substanzklasse, den sogenannten pathogen-assoziierten, molekularen Strukturen (PAMPs) gezählt. Diese PAMPs sind u.a. dafür bekannt, Priming in Pflanzen auszulösen. Die Kartoffelfäule, hervorgerufen durch den Oomyzeten Phytophthora infestans, ist bis heute ein sehr hartnäckiger Schädling, welcher der landwirtschaftlichen Industrie jährlich Schäden in Milliardenhöhe beschert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte von PsJN und den daraus extrahierten Lipopolysacchariden (LPS) auf die Kartoffelsorte MF-II zu studieren. Das Hauptaugenmerk dieser Studie lag darauf, die Unterschiede in der Gentranskription nach Behandlung mit jeweils LPS oder Bakterienzellen zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass bei Behandlungen mit PsJN mehr Gene aktiviert bzw. induziert wurden als bei Pflanzen, die nur mit LPS infiltriert wurden. Bei beiden Behandlungen wurden jedoch nur wenige, für die Abwehr spezifische, Gene hochreguliert. Weiters wurden nach den verschiedenen Behandlungen und nach der Infektion mit Phytophthora infestans die Auswirkungen auf die Signalmoleküle Salicylsäure (SA), Stickstoffmonoxid (NO) und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) der Kartoffel untersucht. Auch hier zeigte sich eine stärkere Aktivität von ROS und NO in Pflanzen, die vorher mit PsJN behandelt wurden. Die Messung der Salicylsäure deutete darauf hin, daß PsJN und LPS die Bildung von SA hemmen, was möglicherweise den Endophyten vor dem Immunsystem des Wirtes schützen könnte. Dieser Effekt war am längsten in mit PsJN inokuliert Pflanzen zu beobachten; nach der Infektion mit P.infestans bestand dieser Effekt nicht mehr. Um den Grad der Infektion der Blätter mit P. infestans zu quantifizieren, wurde die Anzahl der Oomyzeten-DNA mittels quantititiver real-time PCR ermittelt. Dies wurde auch durchgeführt, um zu sehen, ob die Pflanzen ‚priming’ durch LPS bzw. PsJN erfahren haben. Interessanterweise schien P. infestans sogar am besten auf Pflanzen zu wachsen, die mit LPS infiltriert wurden. Da die Blätter für diesen Assay nach Inokulierung bzw. Infiltrierung abgenommen und dann mit Phytophthora infestans infiziert wurden, ist es wahrscheinlich, daß diese Blätter nicht mehr mit den Metaboliten versorgt wurden, die für eine erfolgreiche Abwehr notwendig wären. Zusammenfassend konnten wir in dieser Studie zeigen, dass die Pflanzen stärker auf die Inokulierung durch lebenden Bakterien reagierten, als auf die Behandlung mit LPS. Es sind wahrscheinlich noch eine Reihe anderer Komponenten in der bakteriellen Zelle für eine erfolgreiche Pflanzen-Mikroben-Interaktion notwendig. Das Einbringen von nützlichen Endophyten zur Wachstumssteigerung und Pathogenabwehr könnte ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Landwirtschaft werden. Da diese Art von Pflanzenschutz eine umweltfreundlichere und somit auch konsumentenfreundliche Alternative zu chemischen Pestiziden und Düngern darstellt, ist es wichtig, weiterhin an den molekularen Mechanismen von Pflanzen- Mikroben-Interaktionen zu forschen.

Endophytic bacteria live inside plants and do not show phytopathogenic properties per definition. It is very likely that all plants are colonized by numerous endophytes. Some of those have been proven to be growth promoting and to be beneficial for their host plant’s health. Since endophytic bacteria and phytopathogens share similar ecological niches, it is possible to apply beneficial bacteria for biological control. Burkholderia phytofirmans (strain PsJN) is such a beneficial endophyte and it is known for promoting growth and health in Solanum tuberosum and other plants. The infection with PsJN can lead to priming, which is the ability of the plant to react faster and / or stronger on encounter with a pathogen. Bacterial lipopolysaccharides (LPS) are important players in many plant-microbe interactions. LPS are responsible for the high impermeability of the bacterial outer membrane, and thus protects the microorganism from antibiotic substances. LPS belong to the substance class of pathogen associated molecular patterns (PAMPs), which are also known to trigger priming. Potato late blight, caused by the oomycete Phytophthora infestans is a persistent pest that yearly causes the industry a loss in billions. The aim of this study was to investigate the effects of treatments with PsJN and its LPS on the potato cultivar MF-II. For this purpose plants were infiltrated with either PBS (control solution), strain PsJN or LPS. The plant responses after inoculation with Phytophthora infestans were studied by investigating the levels of the signaling molecules salicylic acid (SA), nitric oxide (NO) and reactive oxygen species (ROS). The measurements of NO and ROS suggested, that plants infiltrated with PsJN showed stronger activities compared to those treated with LPS. The results of the SA levels indicated, that PsJN and LPS seemed to suppress the accumulation of SA for a certain time period, a mechanism that probably aims to protect the endophyte from the host plant’s immune system. This effect was seen longest in plants infiltrated with PsJN. After inoculation with P.infestans the SA levels went up again. To measure the degree of infection with P. infestans, quantitative real-time PCR was performed. This was primarily done to see if priming had occurred in plants treated with PsJN and LPS. Interestingly, it seemed that the oomycete had grown better on leaves infiltrated with LPS. Since the leaves for this assay were collected after infiltration, then infected with P. infestans, it is likely that the metabolites, necessary for a successful defense, were not produced in the detached leaves. The main focus of this study however, lied on finding differences in gene transcription in the potato after treatments with LPS or the bacteria respectively. For this purpose DNA microarrays based on a cDNA library of potato plants treated with P. infestans were used for the screening. The results showed that more genes were induced in plants treated with PsJN as compared to those infiltrated with LPS. In both treatments only few genes specific for defense were activated. In conclusion, this study showed, that the potato plants generally showed stronger reactions on treatment with strain PsJN compared to LPS alone. Thus, it is likely that more components in the bacterial cell are necessary to form a successful plant-microbe interaction. The use of beneficial microorganisms for plant-growth and pest control becomes more and more an important branch in sustainable agriculture. Since this way of plant protection constitutes an environmental and consumer friendly alternative to chemical pesticides and fertilizers, it is essential to put further research into this field.