Molekulare Grundlagen der Pflanzen Microbiom Funktion und dessen Regulierung durch das Pflanzen Immunsystem

• Antragsteller: Professor Dr. Paul Schulze-Lefert, seit 5/2021
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401817050

In der Natur beherbergen Wurzeln und Blätter von gesunden Pflanzen eine Vielzahl von Mikroben, die in Ihrer Gesamtheit als Pflanzenmikrobiota bezeichnet werden und zu Wachstum und Pflanzengesundheit beitragen. Es wurde erst kürzlich demonstriert, dass das Pflanzenimmunsystem die Struktur der Pflanzenmikrobiota beeinflusst. Dennoch ist unklar, in wie weit Erkenntnisse über das Pflanzenimmunsystem, welche aus Studien von Pflanzen-Pathogen Interaktionen gewonnen wurden, auch auf die Interaktionen zwischen Pflanzen und einzelnen kommensalen Mikrobiotamitgliedern übertragbar sind. Zudem fokussiert sich die gegenwärtige Mikrobiota Forschung auf die strukturellen Eigenschaften der Pflanzenmikrobiota und bleibt weitgehend deskriptiv. Folglich ist die Analyse von aktiven Funktionen der Pflanzenmikrobiota, beispielsweise durch ein in planta Metatranskriptom, nötig. Bei Tieren hat sich die Analyse des bakteriellen Metatranskriptoms als effektive Methode etabliert, um den Einfluss des Wirts auf bakterielle Funktionen zu verstehen, wohingegen dies in Pflanzen eine erhebliche Herausforderung darstellt. In unserem Projekt wollen wir Einflüsse des Pflanzenimmunsystems auf die funktionalen Prozesse einzelner Mikrobiotamitglieder, sowie der gesamten Bakteriengemeinschaft durch eine Meta-Transkriptomanalyse in Arabidopsis thaliana erforschen. Hierzu wollen wir eine von uns neu entwickelte Methode zur Analyse des bakteriellen Transkriptoms von Pathogenen, während der Infektion in der Pflanze, nutzen. Wir konnten herausfinden, dass eine intakte Signaltransduktion des Pflanzenimmunsystems nötig ist, um eine Pflanzenwachstums fördernde Bakteriengemeinschaft unter abiotischem Stress zu etablieren. Nun wollen wir, mit Hilfe einer Metatranskriptom-Analyse in Wildtyp und immungeschwächten A. thaliana Mutanten, Funktionen verschiedener Bakteriengemeinschaften erforschen und diese mit der Förderung des Pflanzenwachstums verknüpfen. Eine andere fundamentale Frage ist, wie das Pflanzenimmunsystem zwischen verschiedenen Mikroben unterscheidet, um dadurch ein funktionelles Pflanzen-Mikrobiom zu etablieren. Wir hypothesieren, dass dies durch 1. Variation der Immun-Antwort basierend auf unterschiedlicher Wahrnehmung verschiedener Mikroben und 2. eine selektive Einflussnahme auf bestimmte Bakterien erreicht wird. Um unser Model zu testen, werden wir die Pflanzenimmunantwort auf, sowie in planta Transkriptome von kommensalen Bakterien in Immunrezeptor- sowie Signaltransduktions-Mutanten von A. thaliana erforschen. Die Resultate dieser Experimente werden weiterhin Aufschluss über die Anfälligkeit spezifischer, biologischer Prozesse der kommensalen Bakterien, auf die Pflanzen-Immunantwort liefern. Gemeinsam werden diese Studien unser funktionales Verständnis der Pflanzenmikrobiota vorantreiben, sowie den Einfluss des Pflanzen-Immunsystems auf die Struktur und Funktion der Pflanzen-Mikrobiota beleuchten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2125: Dekonstruktion und Rekonstruktion der pflanzlichen Mikrobiota "DECRyPT"
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Kenichi Tsuda, Ph.D., bis 5/2021