Untersuchungen zur funktionellen Diversität geminiviraler C4 Proteine

• Antragstellerin: Professorin Rosa Lozano-Durán, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467696175

Das C4-Protein der Geminiviren ist das am meisten divergierende Protein dieser Virusfamilie und bestimmt wesentlich deren Pathogenität. Wir haben vor kurzem beschrieben, dass C4 des Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) in zwei verschiedenen subzellulären Kompartimenten lokalisiert ist, nämlich and der Plasmamembran (PM), hier insbesondere an Plasmodesmata (PD), sowie den Chloroplasten. PM-lokalisiertes C4 kann verhindern, dass RNA-Interferenz sich von Zelle zu Zelle ausbreitet, indem es mit der Funktion zweier pflanzlicher Rezeptorkinasen an PD interferiert; Chloroplasten-lokalisiertes C4 stört die Initiation der Verteidigung und unterdrückt die durch die Wahrnehmung von Krankheitserregern ausgelöste Aktivierung der Salicylsäurebiosynthese. Somit spielt C4 von TYLCV eine zweifache Rolle bei der Unterdrückung der pflanzlichen Abwehr und veranschaulicht, wie die subzelluläre Kompartimentalisierung viraler Proteine ihrer Multifunktionalität zugrunde liegen kann. Obwohl C4 bei allen bisher analysierten Geminivirusarten essentiall ist, müssen die Eigenschaften und Rollen der meisten C4-Proteine in dieser Virusfamilie noch ermittelt werden. Unter den geminiviralen Proteinen scheint C4 außergewöhnlich zu sein: Während alle anderen Proteine einer negativen oder reinigenden Selektion unterzogen werden, scheint C4 unter positiver Selektion zu stehen. Während positionelle Homologe in geminiviralen Genomen meist übereinstimmende oder überlappende subzelluläre Lokalisierung zeigen, kommt das C4 Protein verschiedener Geminiviren in unterschiedlichen zellulären Kompartimenten vor und es wurde bisher keine gemeinsame, allgemeine Funktion für dieses Protein beschrieben. Zusammengenommen lassen uns diese Beobachtungen vermuten, dass C4 seine potenzielle funktioalen Möglichkeiten exploriert, neuartige subzelluläre Lokalisierungen hinzugewinnt, sowie neue Interaktoren erwirbt, was zu unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionen bei verschiedenen Virusarten führt. Diese Annahme wird gestützt durch die Beobachtung, dass der Austausch der C4-kodierenden Sequenz bei bestimmten Geminivirus-Arten ausreicht, um eine quantitative Zunahme der Virulenz, den Erwerb der Unabhängigkeit von einem Satellitenmolekül oder die Überwindung von Resistenzen zu bewirken. In diesem Projekt beabsichtigen wir, die Vielfalt der von verschiedenen Geminiviren kodierten C4-Proteine in Bezug auf ihre subzelluläre Lokalisierung, ihre Virulenzfunktionen, ihre Interaktioren, ihre Ziele im Wirt sowie die von ihnen verursachten pflanzlichen Entwicklungsveränderungen zu untersuchen und Einblicke in die ihrer Rolle während der Infektion zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu gewinnen. Wir erwarten, dass sich wichtige Wirtsprozesse, Stoffwechselwege und Proteine als konvergierende Ziele von verschiedenen, unabhängig evolvierten C4-Proteinen herausstellen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen