Funktionelle Analyse von Typ II- und Typ IV-Sekretionssystemen des pflanzenpathogenen Bakteriums Xanthomonas campestris pv. vesicatoria

• Antragstellerin: Professorin Dr. Daniela Büttner
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194115428

Das Gram-negative pflanzenpathogene Bakterium Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) ist der Erreger der bakteriellen Fleckenkrankheit auf Paprika und Tomate und einer der Modellorganismen zur Analyse der Sekretion bakterieller Virulenzfaktoren. Essentiell für die Pathogenität von Xcv ist das Typ III-Sekretionssystem, welches bakterielle Effektorproteine in eukaryotische Zellen transloziert. Die effiziente Interaktion von Xcv mit den Wirtspflanzen wird außerdem durch das Xps-Typ II-Sekretionssystem (T2S-System) bestimmt, welches Enzyme in das extrazelluläre Milieu sekretiert. In vorangegangenen Arbeiten haben wir gezeigt, dass sich die T2S-Sekretome verschiedener Pathovare von X. campestris unterscheiden und damit nicht, wie bislang vorhergesagt, konserviert sind. Das Xps-T2S-System von Xcv sekretiert Proteasen, Xylanasen und eine Lipase, welche zur Virulenz beitragen. In Abwesenheit funktionaler T2S-Systeme ist die Sekretion der identifizierten T2S-Substrate von Xcv jedoch nicht vollständig inhibiert, was darauf hindeutet, dass diese Proteine auch mittels alternativer Transportsysteme sekretiert werden können. In Übereinstimmung mit dieser Hypothese haben wir T2S-Substrate in äußeren Membranvesikeln (OMV, "outer membrane vesicle") von Xcv nachgewiesen. Im vorliegenden Projekt soll die Beteiligung von OMVs an der Sekretion von Virulenzfaktoren von Xcv näher charakterisiert werden. Zudem wollen wir mögliche Interaktionen zwischen T2S-Substraten und Komponenten des Sekretionsapparates analysieren und Proteinregionen identifizieren, die an der Substraterkennung beteiligt sind. Neben der Analyse von T2S-Systemen und OMVs sollen in dem vorliegenden Projekt die zwei Typ IV-Sekretionssysteme (T4S-Systeme) von Xcv funktionell charakterisiert werden. Jeweils eines der T4S-Systeme weist Homologien mit dem VirB/D4-T4S-System von Agrobacterium tumefaciens und dem Icm/Dot-T4S-System des tierpathogenen Bakteriums Legionella pneumophila auf. Xcv ist das bislang einzig bekannte pflanzenpathogene Bakterium, welches ein Icm/Dot-ähnliches T4S-System besitzt. Die Analyse von Mutanten zeigte bereits, dass beide T4S-Systeme zur Interaktion von Xcv mit suzeptiblen Paprikapflanzen beitragen. Bioinformatische Analysen führten zur Identifizierung von Kandidaten-T4S-Substraten, welche homolog zu bereits bekannten T4S-Effektoren sind und/oder ein konserviertes C-terminales Aminosäuremotiv besitzen, welches vermutlich als T4S-Signal agiert. Im vorliegenden Projekt soll die Sekretion und Translokation von vorhergesagten T4S-Substraten von Xcv und ihre mögliche Virulenzfunktion analysiert werden. Außerdem werden wir eine mögliche Beteiligung der T4S-Systeme an der Interaktion von Xcv mit anderen Bakterien untersuchen, da für das VirB/D4-ähnliche T4S-System des verwandten Bakteriums Xanthomonas axonopodis pv. citri kürzlich Bakterien als Rezipientenzellen für translozierte Effektoren identifiziert wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen