Regulation of (1,3)-ß-glucan synthesis in Arabidopsis thaliana in response to fungal penetration
Final Report Abstract
Im Rahmen des DFG-geförderten Forschungsprojektes „Regulation der (1,3)-β-Glucan-Synthese in Arabidopsis thaliana als Antwort auf eine pilzliche Penetration" konnte gezeigt werden, dass die konstitutive Expression der stressinduzierten Callosesynthase PMR4 in A. thaliana zu einer starken Pilzresistenz führt, die die Ausbreitung des Pilzes Golovinomyces cichoracearum auf und in der Pflanze komplett verhindert. Diese starke Resistenz wird durch eine sehr hohe Callosesynthase-Aktivität im Vergleich zum Wildtyp zu frühen Zeitpunkten der Pilzinfektion ervorgerufen. Diese hohe Callosesynthase-Aktivität hat zur Folge, dass die Callosedepositionen an Orten der versuchten Pilzpenetration in den resistenten Mutanten deutlich größer sind als bei Wildtyp-Pflanzen. Durch dieses Ergebnis eröffnen sich viele Ansatzpunkte für eine wirtschaftliche Verwertung, da eine solche Pilzresistenz Ernteverluste bzw. den chemischen Einsatz in der Landwirtschaft reduzieren könnte bei einer Anwendung auf Nutzpflanzen. Weitere Untersuchungen konnten ein spezifisches Serin in der PMR4-Aminosäuresequenz identifizieren, die an der Regulation der Callosesynthase-Aktivität beteiligt ist. Mutationen dieses Serins zu Alanin bzw. Asparaginsäure führten zu einer veränderten Callosedeposition nach Pilzinokulation im Vergleich zur nativen PMR4. Dies lässt vermuten, dass der Phosphorylierungsstatus des Serins ein Rolle spielt, da Alanin ein mögliche Phosphorylierung verhindert und Asparaginsäure eine Phosphorylierung imitieren kann. Die Ergebnisse eines kleinen G-Proteins, dass in Stresssituationen der Pflanze auf transkriptionelle Ebene induziert, sind einer weitere Beleg für die Regulation des Callosesynthase-Aktivität durch den post-translationalen Mechanismus der Phosphorylierung. Die konstitutive Expression dieses G-Proteins führten zu einer starken Pilzresistenz, die der durch die konstitutive Expression der Callosesynthase PMR4 vergleichbar ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Expression des G-Proteins in einer pmr4 Mutante ohne funktionelle Callosesynthase PMR4 stattfand und es trotzdem zu Callosedeposition kam, lässt sich ableiten, dass eine bzw. mehrere Callosesynthasen neben PMR4 das Potential zur stressinduzierten Callosedeposition besitzen, was zuvor nicht bekannt war. Die Identiflkation dieser Callosesynthase/n steht jedoch noch aus.
Publications
- (2008) Genome-wide expression profiling Arabidopsis thaliana at the stage of Golovinomyces cichoracearum haustorium formation. Plant Physiology 146, 1421-1439
Fabro, G., Di Rienzo J.A., Voigt, C.A., Somerville S., and Alvarez, M.E.
