Parasitäre Signal-Moleküle während der Pflanze-Pflanze Interaktion - Perzeption und Einfluss auf Wirtspflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Albert
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 350258880

Pflanzen der Gattung Cuscuta leben als Holoparasiten auf anderen Pflanzen und infizieren deren Sprosse mittels Haustorien. Sie stellen Kontakt zu den Leitgeweben her und entziehen dem Wirt Nährstoffe, Wasser und Kohlenhydrate.In der resistenten Tomate konnten wir einen Rezeptor (Cuscuta Receptor 1, CuRe1) identifizieren, der ein Glycopeptid von Cuscuta reflexa, genannt Cuscuta Faktor 1 (CuF1), erkennt und daraufhin pflanzliche Abwehr initiiert. Wird CuRe1 in sonst suszeptiblen Wirtspflanzen exprimiert, führt dies zu einer gesteigerten Resistenz gegen C. reflexa. Die Erkennung von C. reflexa mittels CuRe1 als fremd ist jedoch eine Ausnahme der Tomate - bei einer suszeptiblen Pflanze-Pflanze Interaktion dagegen bleibt der Parasit unerkannt. Cuscuta schafft es sogar den Wirt gezielt zu manipulieren, sodass sich parenchymatische Zellen des Leitgewebes wieder teilen, differenzieren und sich mit den Xylem- und Phloemzellen des Parasiten verbinden. Welche parasitären Signale vermitteln diese Suszeptibilität und wie werden diese vom Wirt erkannt und in zellulären Signalwegen verarbeitet? In eigenen Vorarbeiten wurden Promotoren von Genen kloniert, die bei einer Cuscuta-Infektion in anfälligen Wirtspflanzen induziert sind. Als Promotor::Reporter (Luziferase) Konstrukt dienen sie in pflanzlichen Systemen als Werkzeuge um neue Cuscuta Faktoren (CuFs) zu finden, die als molekulare Botenstoffe Suszeptibilitäts-relevante Signalwege im Wirt initiieren - die messbare Luziferase Aktivität dient als Indikator. Erste Tests zeigen die Existenz von mindestens zwei verschiedenen CuFs in Cuscuta Extrakten, die, neben weiteren neuen CuFs, charakterisiert und identifiziert werden sollen. Überraschend induziert auch CuF1 eines der Promotor::Reporter Konstrukte in Pflanzen ohne CuRe1, was auf einen CuRe1-unabhängigen Signalweg und vorhandenen alternativen Rezeptor in anfälligen Wirten hindeutet. Wie reagiert die Wirtspflanze auf CuFs? In einem weiteren Teilprojekt sollen zugehörige Rezeptoren für die neuen CuFs gefunden werden. Hierfür stehen Kollektionen von Arabidopsis Rezeptormutanten zur Verfügung, die nach Infektion mit Cuscuta auf veränderte Anfälligkeit untersucht werden sollen. Ergänzend sollen so auch Arabidopsis-Ökotypen (1001 Genomes) untersucht werden. Vorhandene Kreuzungen, sowie Genome-wide association studies (GWAS) werden helfen Suszeptibilitäts-relevante Gene zu identifizieren. Neue Komponenten zur CuF-Erkennung und assoziierte Signalkaskaden sollen im Detail untersucht werden. Notwendige Methoden zur Überprüfung von z.B. Lokalisation, Interaktion mit Liganden, interagierenden Proteinen oder biologische Relevanz mittels Cusucta-Wachstumstests sind im Labor gut etablierte Methoden und werden Aufschluss über die einzelne molekulare und zelluläre Funktion der neu identifizierten Komponenten während der Cuscuta-Wirtspflanzen Interaktion liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: microscale liquid chromatography
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher