Die Rolle apoplastischer Cysteinproteasen in der Pflanzenabwehr und deren Inhibition durch mikrobielle Effektorproteine

• Antragsteller: Professor Dr. Gunther Döhlemann
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244021783

Pflanzen-Mikroben Interaktionen unterliegen einem Wechselspiel zwischen pflanzlichem Immunsystem und der Aktivität mikrobieller Virulenzfaktoren. Der pathogene Pilz Ustilago maydis unterdrückt mittels seiner Effektorproteine die Immunabwehr seiner Wirtspflanze Mais und etabliert so eine biotrophe Interaktion, die zur Ausbildung des Maisbeulenbrandes führt. Zentrale Regulatoren der Pflanzenabwehr sind Papain-ähnliche Cysteinproteassen (PLCPs). In unseren vorherigen Arbeiten konnten wir zeigen, dass diese Enzyme die Salicylsäure (SA)-vermittelte Pflanzenabwehr aktivieren. Während einer Infektion durch U. maydis werden PLCPs sowohl durch das Mais-Cystatin CC9, sowie auch durch das pilzliche Effektorprotein Pit2 inhibiert.In der ersten Phase dieses Projektes identizifierten wir ein neuartiges, PLCP-induzieres Signalmolekül (Zip1), welches die SA-vermittelte Abwehrreaktion in Mais aktiviert. Wir konnten zeigen, dass der Pilz-Effektor Pit2 den PLCP-vermittelten Abwehrmechanismus blockiert und dabei als Substrat der PLCPs fungiert, wodurch ein Organismenreich-übergreifend konserviertes Inhibitorpeptid freigesetzt wird (cMIP). Weiterhin fanden wir eine SA-vermittelte Aktivierung von Wurzel-spezifischen PLCPs, welche durch Wurzel-besiedelnde Bakterien inhibiert werden können. Auf diese Ergebnisse aufbauend, konzentriert sich der nun vorliegende Fortsetzungsantrag auf zwei Aspekte:1) Die Identifizierung der Zip1 Signalkaskade und deren evolutionäre Konservierung. Dieser Teil des Projekts zielt auf ein mechanistisches Verständnis der Zip1-vermittelten Aktivierung der SA-abhängigen Abwehr. Wir möchten hierbei folgende Fragen beantworten: Wo ist das Propeptid PROZIP1 lokalisiert und wie (bzw. durch welche Proteasen) wird es prozessiert, um das apoplastische Signalmolekül Zip1 freizusetzen? Was ist der Rezeptor für Zip1? Ist Zip1 bzw. der Zip1-vermittelte Mechanismus der Aktivierung von SA-Abwehr in anderen Pflanzen konserviert?2) Organ-spezifität in PLCP-vermittelter SA-abhängier Abwehr und deren Inhibition in Wurzel-Mikroben Interaktionen. In diesem Teil des Projekts soll die Organspezifität der PLCP-aktivieren SA-Abwehr, sowie die Rolle von bakteriellen PLCP-Inhibitoren für die Etablierung von Wurzel-assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften untersucht werden. Die Ziele dieses Teilprojekts sind i) die biochemische und funktionelle Charakterisierung Wurzel-spezifischer PLCPs; ii) die Untersuchung der Wurzel-spezifischen, PLCP-vermittelten SA-Signaltransduktion, sowie iii) die Untersuchung der Rolle bakterieller PLCP-Inhibitoren bei der Etablierung multitropher Wurzel-Mikroben Interaktionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen