Arbeitsteilung zwischen genetisch identischen bakteriellen Subpopulationen als Organisationsregel für die Etablierung der Wurzelmikrobiota

• Antragsteller: Stephane Hacquard, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530004127

Im Gegensatz zu mehrzelligen eukaryotischen Wirten, die verschiedene Zelltypen entwickelt haben, um unterschiedliche biologische Funktionen zu erfüllen und die Aufgabenteilung zu fördern, sind einzellige Organismen auf den Stoffwechselaustausch mit ihrer biotischen Umgebung angewiesen. Stoffwechselabhängigkeiten und der Austausch von Nährstoffen können auftreten und die Koexistenz innerhalb komplexer bakterieller Gemeinschaften erklären. Eine Schlüsselfrage ist jedoch, ob Populationen genetisch identischer Bakterien energetisch kostspielige Prozesse minimieren können, indem sie unterschiedliche Stoffwechselaufgaben auf der Ebene der Subpopulationen ausführen. DIVIDE wird die Arbeitsteilung zwischen bakteriellen Subpopulationen eines Kernmitglieds der A. thaliana-Wurzelmikrobiota untersuchen - Pseudomonas brassicacearum R401 (PsR401) - ein robuster Wurzelkolonisator, der auch die Zusammensetzung der Mikrobiota an der Wurzelschnittstelle moduliert. Im Rahmen des DIVIDE-Projekts werden drei komplementäre Leitprinzipien der Arbeitsteilung in der PsR401-Population erforscht: (1) eine transkriptionelle Differenzierung zwischen den Bakterienzellen, die sich aus genetischen Veränderungen innerhalb der Population ergibt, um das Wachstum der Population zu fördern, (2) eine 'laute Regulierung' des Stoffwechsels, die durch eine heterogene transkriptionelle Umprogrammierung in den Bakterienzellen innerhalb einer klonalen Population vermittelt wird, (3) eine Arbeitsteilung im Zusammenhang mit drei energetisch kostspieligen metabolischen Verbindungen (Eisenchelatoren, antimikrobielle Mittel und Phytotoxine) als Schlüsselmechanismus zur Förderung der Persistenz und Wettbewerbsfähigkeit von PsR401 an Wurzeln. Durch die Kombination einer Bibliothek von Transposon-Mutanten, Transkriptionsreporterlinien, neuartigen transkriptomischen Einzelzellansätzen und Mikrobiota-Rekonstitutionsversuchen in gnotobiotischen Pflanzensystemen soll DIVIDE ein neues Verständnis dafür liefern, ob die metabolische "Koordination" innerhalb einer bakteriellen Population für die bakterielle Etablierung in der Wurzelumgebung entscheidend ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Philippe Vandenkoornhuyse, Ph.D.; Dr. Nathan Vannier