FOR 666:  Mechanisms of compatibility: Reprogramming of plant metabolism by fungal effector molecules

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin ; Biologie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 15847441

Eine intensive Landwirtschaft ist zurzeit oft mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt verbunden. Hierzu gehören irreversible Schädigungen des Bodens, eine verringerte Biodiversität sowie eine Verschmutzung und Überdüngung von Oberflächengewässern. Trotz großer Fortschritte im Pflanzenschutz geht die steigende landwirtschaftliche Produktion mit einer erhöhten Ernteverlustrate einher. Um diese Verluste zu begrenzen, ist es notwendig, neue Strategien in der Pflanzenproduktion einzusetzen, die darauf abzielen, die Ertragssicherheit sowie den Verbraucher- und Umweltschutz zu verbessern. Ein verbessertes Verständnis der Interaktion von Nutzpflanzen mit ihren Pathogenen ist ein wichtiger Schlüssel zu solchen neuen Strategien der Pflanzenproduktion, da diese Pathogene darauf angewiesen sind, Stoffwechselprodukte der Pflanze zu entziehen, um ihre eigene Vermehrung sicherzustellen.
Ziel der Forschergruppe ist es, durch ein verbessertes Verständnis von Krankheitsentwicklung und den molekularen Mechanismen, die der Umsteuerung des pflanzlichen Stoffwechsels zugrunde liegen, neue Wege der Verbesserung von Nutzpflanzen aufzuzeigen. Die Arbeiten der Forschergruppe konzentrieren sich auf die agronomisch wichtigen Getreidearten Gerste und Mais in ihrer Interaktion mit Schad- und Nutzpilzen, welche die wichtigsten Interaktionstypen repräsentieren: die biotrophen Pathogene Blumeria graminis und Ustilago maydis, das hemibiotrophe Pathogen Colletotrichum graminicola und der mutualistische Wurzelendophyt Piriformospora indica. Für die Analyse der Pilz-Pflanze-Interaktion werden einerseits für die Genexpressionsanalyse Affymetrix-Gene-Chips eingesetzt, andererseits werden in einem Metabolomics-Ansatz Stoffwechselprodukte direkt bestimmt. In einer eigens eingerichteten Bioinformatik-Arbeitsgruppe werden die gewonnenen Daten miteinander verknüpft und analysiert. Durch die in oben beschriebenen Ansätzen gewonnenen neuen Erkenntnisse zu den Mechanismen der Kompatibilität von Getreide mit Pathogenen und Symbionten erwarten wir neue Erkenntnisse, wie die Umprogrammierung des pflanzlichen Stoffwechsels vonstatten geht. Diese Umprogrammierung ist Voraussetzung für die erfolgreiche Entwicklung von Pathogenen und wird sowohl durch pflanzliche als auch mikrobielle Faktoren gesteuert. Schlüsselelemente, die den Stoffwechsel umzusteuern vermögen, bieten vielversprechende Ansatzpunkte für zukünftige Ansätze im Pflanzenschutz. Da zu erwarten ist, dass diese Elemente auch an der Steuerung des Grundstoffwechsels beteiligt sind, bieten diese auch wichtige Ansatzpunkte zur Steigerung des Ernteertrags.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Barley compatibility factors pivotal for root colonisation and manipulation of basal defence by Piriformospora indica (Antragsteller Kogel, Karl-Heinz ;  Schäfer, Patrick )
• Carbon acquisition during pathogenic development of Ustilago maydis and Colletotrichum graminicola (Antragsteller Kämper, Jörg ;  Sauer, Norbert )
• Establishment of cell-specifically inducible expression systems in transgenic barley and maize (Antragsteller Kumlehn, Jochen )
• Identification of genes of Colletotrichum graminicola involved in establishment and maintenance of compatibility (Antragsteller Deising, Holger B. )
• Interactive signal transfer in the leaf apoplast between host and pathogen during successful infection (Antragsteller Felle, Hubert Heinrich )
• Metabolic determinants in the interaction of biotrophic and hemibiotrophic fungi with cereals (Antragsteller Sonnewald, Uwe )
• Redirection of photoassimilate partitioning by biotrophic, hemibiotrophic and mutualistic fungi through altered transporter gene expression (Antragsteller Sauer, Norbert )
• Systemic phloem signals for compatibility or defence in response to fungal infections in Zea mays and Hordeum vulgare (Antragsteller van Bel, Aart J.E. )
• The early infection phase of Ustilago maydis: adaption to the plant environment (Antragsteller Döhlemann, Gunther )
• The role of calcium signalling in the establishment of compatible Colletotrichum graminicola interactions (Antragsteller Peiter, Edgar )
• The role of RBOH-type NADPH oxidases in compatibility of barley with fungal organisms (Antragsteller Hückelhoven, Ralph )
• Towards dissecting mechanisms of compatibility in plants and fungi; a systemsbiology approach combining transcriptome and metabolome data (Antragsteller Frisch, Matthias ;  Kogel, Karl-Heinz )

• Sprecher: Professor Dr. Karl-Heinz Kogel