Abwehr-auslösende Moleküle des pflanzlichen Parasiten Cuscuta und deren Erkennung durch Rezeptoren an der Zelloberfläche

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Albert
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194018311

Spezies der Gattung Cuscuta sind holoparasitische Pflanzen die sowohl zwei- als auch einkeimblättrige Wirtspflanzen befallen. Mit spezifischen Organen, den Haustorien, können die Parasiten in Wirtspflanzen eindringen und damit eine Verbindung zu deren Leitgeweben herstellen um Wasser, Salze und Zucker zu entziehen. Die Tomatenpflanze (Solanum lycopersicum) zeigt eine Abwehrreaktion sowie Resistenz gegenüber Befall mit Cuscuta reflexa.In früheren und aktuellen Arbeiten konnten wir zeigen, dass die Tomate auf Extrakte von C. reflexa mit pflanzlichen Immunantworten reagiert wie sie normalerweise nach der Erkennung von Mikroben-assoziierten molekularen Mustern (MAMPs) auftreten. Wir konnten das Leucin-reiche Rezeptor Protein (LRR-RLP) Cuscuta Rezeptor 1 (CuRe1) identifizieren, das ein molekulares Muster aus Cuscuta, den Cuscuta Faktor, erkennt und die pflanzlichen Immunreaktionen auslöst. Nach Expression in sonst anfälligen Wirtspflanzen erhöht CuRe1 die Resistenz gegenüber C. reflexa.CuRe1 hat im Vergleich zu anderen LRR-RLPs auffällige Besonderheiten. Es hat eine zweite wahrscheinliche Transmembran-Domäne (TM) die essentiell für die Rezeptorfunktion ist. Außerdem benötigt CuRe1 keine Heteromerisierung mit einem Co-Rezeptor der SERK-Familie ("Somatic Embryogenesis Receptor Kinase") für die Aktivierung der zellulären Signal-Kaskade. Der Cuscuta Faktor kommt in vielen Cuscuta Spezies vor; er ist in der parasitären Zellwand lokalisiert, ist ein heterogenes Gemisch aus kleinen, sekundär modifizierten Peptiden (MW ~2-3 kDa), wobei die Modifikation für die Bioaktivität essentiell ist. Kürzlich gelang uns eine Optimierung des Reinigungsprotokolls für den Cuscuta Faktor und es konnte ein Teil der Aminosäure Sequenz aufgeklärt werden. Allerdings fehlen noch Teile dieser Sequenz sowie Informationen über die Art und Struktur der Sekundärmodifikation.Im beantragten Projekt planen wir sowohl den Rezeptor CuRe1 als auch den Cuscuta Faktor in zwei Projektteilen zu bearbeiten. In Teil A) "der Cuscuta Faktor" forcieren wir die vollständige Aufklärung der Sequenz, der Struktur und der Sekundärmodifikation des Cuscuta Faktors. Des Weiteren wollen wir den molekularen Mechanismus zur Rezeptor Aktivierung aufklären sowie die natürliche Funktion für den Parasiten. In Teil B) "CuRe1 Aktivierung und induzierte Signalkaskaden", wollen wir die Besonderheiten von CuRe1 studieren sowie seine Interaktionspartner die im Rezeptorkomplex die zellulären Signalkaskaden initiieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen