As one of the fastest growing tree species with good regeneration from rootstocks, poplars are the perfect fit for biofuel, wood and fibre production. Poplar plantations are, however, subjected to a variety of environmental stresses, which can drastically alter plant fitness and biomass production. Additionally, poplars emit the volatile organic compound isoprene, which is a precursor of ozone and secondary aerosols in the troposphere. Genetically modified non-isoprene emitting poplars could be a well-fitting alternative to isoprene emitting poplars normally used for biomass production. However, isoprene is an important molecule in the stress response of poplars and how the lack of isoprene emission affects the performance of poplars, is functionally and biochemically not entirely understood. Metabolites are a direct result of changes in gene, transcript and protein expressions. Thus they represent the perfect read-out for studying the impact of environmental factors as well as genetic modifications on plant performance. The scientific discipline, which aims at measuring the complete set of metabolites within an organism, the metabolome, is non-targeted metabolomics. This thesis aims at elucidating the influence of environmental stress factors on the primary and secondary metabolism of wild type Populus x canescens (grey poplar), a naturally occurring hybrid, and its non-isoprene emitting mutants generated by RNA interference. Non-targeted metabolomics using high resolution mass-spectrometers, such as the ICR-FT/MS and the UPLC-qToF-MS, have been utilized in the present thesis studying the metabolic response of grey poplars to (i) high ultaviolet-B irradiation, (ii) knock-down of isoprene synthase, and (iii) to leaf herbivory with and without ectomycorrhiza. Multivariate statistics and mass-difference analysis enabled the extraction and visualization of specific and comprehensive metabolic perturbations for an enhanced phenotypic description. In summary, this thesis provides a comprehensive overview how high resolution non-targeted metabolomics is efficiently used to deepen our understanding of plant metabolic adaption to environmental stimuli.      «

As one of the fastest growing tree species with good regeneration from rootstocks, poplars are the perfect fit for biofuel, wood and fibre production. Poplar plantations are, however, subjected to a variety of environmental stresses, which can drastically alter plant fitness and biomass production. Additionally, poplars emit the volatile organic compound isoprene, which is a precursor of ozone and secondary aerosols in the troposphere. Genetically modified non-isoprene emitting poplars could be...     »

Die Pappel zählt zu den schnellwachsenden Baumarten und ist daher perfekt geeignet für die Produktion von Biotreibstoff, Holz und Fasern. Jedoch wird die Ausbeute von Pappelplantagen von negativen Umwelteinflüssen stark beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil ist, dass Pappeln starke Isopren Emitter sind. Isopren ist eine flüchtige organische Verbindung, welche die Bildung von Ozon und sekundären Aerosolen in der Troposphäre begünstigt. Genetisch veränderte nicht Isopren emittierende Pappeln wären eine perfekte Alternative für die Produktion von Biomasse. Allerdings erfüllt Isopren wichtige Funktionen unter Stressbedingungen und es ist daher unklar wie sich der Verlust von Isopren auf die Fitness und Wuchsleistung der Pappel auswirkt. Metabolite befinden sind am Nächsten zum zellulären Phänotyp und sind das direkte Resultat von Änderungen in der Gen-, Transkript- und Proteinexpression. Die wissenschaftliche Disziplin welche sich mit der Messung des gesamten Metaboloms in einem Organismus beschäftigt ist die ungerichtete Metabolomik. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es den Einfluss von verschiedenen Umwelteinflüssen auf den Primär- und Sekundärstoffwechsel der Graupappel (Populus x canescens), einem natürlich vorkommendem Hybrid, und deren nicht Isopren emittierenden Mutanten, die über RNA Interferenz erzeugt wurden zu untersuchen. Dabei werden ungerichtete Metabolom Analysen mit hochauflösenden Massenspektrometern, wie dem ICR-FT/MS und dem UPLC-qToF-MS, verwendet, um die metabolische Antwort der Graupappel (i) zu hoher ultravioletter Strahlung (UV-B, 290-315 nm), (ii) dem Fehlen der Isopren Synthase, (iii) dem Einfluß von Blattherbivoren mit und ohne Mykorrhizierung der Wurzel zu untersuchen. Zur Identifikation von spezifischen und globalen Stoffwechseländerungen wird die Multivariate Statistik zusammen mit der Massendifferenz Analyse angewandt. Diese Dissertation zeigt wie man die ungerichtete Metabolomik mit hochauflösenden Massenspektrometern effizient für die Untersuchung des Pflanzenstoffwechsels verwenden kann, um unser Wissen über die metabolische Stressantwort zu erweitern.      «

Die Pappel zählt zu den schnellwachsenden Baumarten und ist daher perfekt geeignet für die Produktion von Biotreibstoff, Holz und Fasern. Jedoch wird die Ausbeute von Pappelplantagen von negativen Umwelteinflüssen stark beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil ist, dass Pappeln starke Isopren Emitter sind. Isopren ist eine flüchtige organische Verbindung, welche die Bildung von Ozon und sekundären Aerosolen in der Troposphäre begünstigt. Genetisch veränderte nicht Isopren emittierende Pappeln wären...     »