Stoffwechsel und Signaltransduktion des pflanzlichen Immunsignals Pipecolinsäure

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Zeier, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241352156

Unsere vorangegangenen Arbeiten zeigten, dass die aus Lysin gebildete Pipecolinsäure eine zentrale Rolle bei der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) und des damit verbundenen Abwehr-Primings in Arabidopsis thaliana einnimmt. In der Erstantragsphase des Projektes untersuchten wir die Wechselbeziehungen der Pipecolinsäure (Pip) und der Salicylsäure bei der Aktivierung der induzierten pflanzlichen Resistenz. Darüber hinaus fanden wir, dass die Biosynthese der Pip aus Lysin durch einen zweistufigen biochemischen Prozess abläuft. Die alpha-L-Lys-Aminotransferase ALD1 setzt L-Lys zur 2,3-Dehydropipecolinsäure um, die anschließend zur Pip reduziert wird. Zum letzten Schritt trägt die pflanzliche Reduktase ORNCD1/SARD4 bei. Außerdem klärten wir die biochemische Funktion des SAR-Regulators FMO1 als Pipecolinsäure-N-Hydroxylase auf, die aus L-Pip in vitro und in planta die N-Hydroxy-Pipecolinsäure (Pip-OH) bildet. Exogene Pip-OH komplementiert den Immundefekt von fmo1-Pflanzen und wirkt als ein effizienter Resistenz-Induktor in Arabidopsis gegen Infektionen durch bakterielle und Oomyceten-Pathogene. Im Folgenden wollen wir das Verständnis über den Pipecolinsäure-Metabolismus in Pflanzen weiter vorantreiben, in dem wir den Reduktionsschritt bei der Pip-Biosynthese und die Glykosylierung der Pip-OH biochemisch und funktionell untersuchen. Darüber hinaus werden wir über die Kombination von auf LC-MS-, NMR- und GC-MS-Analytik basierenden Methoden weitere, bisher unbekannte Stoffwechselprodukte des Pip-Metabolismus identifizieren und charakterisieren. Durch ein genetisches Screening und gezielte Analysen zur Rolle des Immunregulators NPR1 soll zudem das Verständnis der stromabwärts der Pip-OH ablaufenden Signalvorgänge verbessert werden. Das im Erstantrag begonnene Projekt zur Bedeutung der Pip in der Langstreckensignal-übertragung bei der SAR soll durch einen genetischen Ansatz in Arabidopsis bearbeitet werden und bezüglich der Rolle hydroxylierter Pip-Derivate erweitert werden. Schließlich soll die Resistenz-steigernde Wirkung der Pip-OH gegen Oomyceten-Infektion auf der cytologischen und molekularen Ebene analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen