Echtzeitanalyse des rhizobiellen Lebensstilwechsels von der Rhizosphäre in den Wirtspflanzen-geprägten Kolonisierungsmodus

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Anke Becker; Professorin Dr. Macarena Marin
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431352836

Leguminosenpflanzen sind in der Lage mit Rhizobienbakterien eine Wurzelknöllchensymbiose einzugehen, in der die Bakterien molekularen Stickstoff zum Nutzen der Pflanze fixieren. Im frühen Stadium dieser Interaktion in der Rhizosphäre geht ein molekularer Dialog einer Reprogrammierung der Wirtspflanze voraus. Diese Reprogrammierung ermöglicht erst die Infektion der Wurzel durch die Bakterien. Während die meisten rhizobiellen Spezies die Wurzel durch Infektionsschläuche besiedeln, kolonisieren andere ihre Wirtspflanze über interzelluläre Infektionswege. In beiden Fällen gelangen die Bakterien aus der Rhizosphäre in ein Infektionsstadium in einem apoplastischen Kompartiment. Die Analyse der Reprogrammierung der Bakterien in diesen in planta Kompartimenten während der frühen Infektionsstadien ist technisch eine große Herausforderung, da diese Ereignisse sich nur auf wenige Wurzelzellen beschränken. Live-Switch ist ein innovatives Projekt, das sich der Frage widmet wie die Bakterien den drastischen Wechsel vom freilebenden Stadium zum frühen Infektionsstadium im Wirt bewältigen. Das Projekt profitiert von der Verfügbarkeit der etablierten Medicago und Lotus Modellpflanzen, die intra- und interzelluläre Infektionswege aufweisen. Diese werden genutzt, um den Wechsel der Bakterien vom freilebenden Stadium in die vom Wirt geprägte Umgebung der frühen Infektionskompartimente auf Einzelzellebene zu studieren. Das Projekt wird live cell imaging mit Mutantenanalysen des Bakteriums und der Wirtspflanze kombinieren, um die Dynamik der rhizobiellen Signalproduktion, Zellproliferation und Motilität sowie die Interaktion mit der Wirtspflanze zu analysieren. Die Interpretation der Daten wird durch mathematische Modelle zur Dynamik der Ausbreitung und der Profileration der Rhizobien im Infektionsschlauch unterstützt. Live-Switch kombiniert die komplementäre Expertise in molekularer Zellbiologie des bakteriellen Symbionten und seiner Wirtspflanze der beteiligten Partner aus Frankreich und Deutschland, um der spannenden Frage nachzugehen, wie die dynamische Umgebung der sich entwickelnden Infektionskompartimente der Wirtspflanze die in vivo Anpassung der Bakterien zum in planta Lebensstil prägen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen: Dr. Fernanda de Carvalho-Niebel; Dr. Joëlle Fournier