FOR 5116:  “exRNA”: Kommunikation in der Wirtspflanzen-Mikroben-Interaktion durch extrazelluläre RNA

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433194101

Aktuelle Studien haben gezeigt, dass extrazelluläre (ex) RNAs zwischen Wirtspflanzen und Mikroben während einer Infektion in beide Richtungen transportiert werden können. Diese exRNAs können erhebliche Auswirkungen auf die Entstehung und den Verlauf der Interaktion haben. Während der organismenübergreifende (cross-Kingdom, ck) RNA-Transfer von Mikroben auf die Pflanze Gene der Wirtsimmunität hemmen kann, können RNAs der Wirtspflanze die Expression von virulenz- oder pathogenitätsbezogenen Genen behindern. Bislang sind jedoch nur einige wenige exRNAs (die Spitze des Eisbergs) charakterisiert worden, so dass die Funktion(en) der großen Mehrheit der exRNAs unerforscht sind. Auf mechanistischer Ebene können die exRNAs sowohl der Pflanze als auch des Pathogens als reine RNAs transportiert werden, an RNA-bindende Proteine (RBPs) gebunden sein oder mit membranumschlossenen extrazellulären Vesikeln (EVs, evRNAs) assoziiert sein. Wie RNAs für den Transport ausgewählt und sortiert werden und wie sie auf Empfängerzellen, z. B. in anderen Organismen, übertragen werden, ist nicht gut verstanden. Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Kommunikation über exRNA ein häufiges Phänomen bei verschiedenen Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroben ist und auf konservierten biologischen Mechanismen beruht. Die Aufklärung dieser Mechanismen birgt daher ein hohes Potenzial zur Verbesserung der Produktivität und Gesundheit von Pflanzen. Dieses Konsortium hat das gemeinsame Ziel, ein mechanistisches Verständnis der exRNA-Kommunikation zwischen Pflanzenwirten und pathogenen wie auch nützlichen Mikroben zu entwickeln. Konkret planen wir, (i) die Wege des ckRNA-Transfers zwischen Pflanzen (einschließlich der experimentellen Modellpflanze Arabidopsis thaliana und wichtiger Nutzpflanzenarten) und verschiedenen pathogenen oder nützlichen Mikroben (Bakterien und Pilze) zu untersuchen, (ii) die Schlüsselfaktoren zu entdecken, die an der Auswahl, der Sortierung und dem Transport von exRNAs und ckRNA-Transfer beteiligt sind, und (iii) die molekularen Ziele und funktionellen Auswirkungen von exRNAs und ckRNA-Transfer in Empfängerzellen zu identifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen, vereint das Konsortium Experten mit Expertisen auf den Gebieten der nicht-kodierenden RNA, des RNA-Transports, der RNA-Protein-Interaktion, der RNA-vermittelten organismenübergreifenden Kommunikation und der EV-Biologie, darunter Pflanzenpathologen, Mykologen, Molekular- und Zellbiologen, Biochemiker und Bioinformatiker.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Frankreich

Projekte

• Bioinformatische Methoden zur Analyse der mutualistischen RNA-Kommunikation (Antragsteller Goesmann, Alexander )
• Charakterisierung des Pilz-ausgelösten cross-kingdom RNAi in der arbuskulären Mykorrhizasymbiose (Antragstellerin Gutjahr, Caroline )
• "cross kingdom exRNA Transfer" in dem Ustilago maydis/Mais Pathosystem (Antragsteller Feldbrügge, Michael )
• Die Rolle und der Transportmechanismus von extrazellulären RNAs bei der Verticillium-Brassica-Interaktion (Antragstellerin Kehr, Julia )
• Die Rolle von Hfq und exRNAs bei Infektionen von Pflanzen mit Xylella fastidiosa (Antragstellerin Robatzek, Silke )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Kogel, Karl-Heinz )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Kehr, Julia )
• Nützliche RNA-Interferenz in Modell- und Nutzpflanzen (Antragstellerin Secic, Ena )
• RNA-basierte Kommunikation in einer mutualistischen Wirt-Mikrobe Interaktion (Antragsteller Kogel, Karl-Heinz )
• Tomaten-induzierte inter-organismische RNA-Interferenz im phytopathogenen Pilz Botrytis cinerea (Antragsteller Weiberg, Arne )
• Untersuchungen zum dynamischen Interaktionsnetzwerk von Argonaute-Proteinen während er Interaktion von Pflanzen und Mikroben (Antragsteller Meister, Gunter )
• Untersuchungen zur RNA-Interferenz über Grenzen biologischer Reiche hinweg in der Gerste-Mehltau-Interaktion (Antragsteller Panstruga, Ralph )
• Vesikel-vermittelter RNA-Transfer: von Faktoren und Mechanismen zu Funktionen (Antragsteller Schäfer, Patrick )

• Sprecherin: Professorin Dr. Julia Kehr