Role of peptides for cellular differentiation and host interaction of N. punctiforme
Final Report Abstract
Es gibt vermehrt Hinweise, dass komplexe mikrobielle Sekundärmetabolite neben reinen Abwehrfunktionen weitere Aufgaben für ihre Produzenten, wie die Koordination von intra- und interspezifischen Interaktionen übernehmen. Im Rahmen des Projektes konnte erstmalig ein führender Einfluss eines cyanobakterielien Peptids auf die Zelldifferenziemng demonstriert werden. Filamentöse Cyanobakterien der Art Nostoc punctiforme zeigen einen der aufwendigsten mikrobiellen Lebenszyklen und können mindestens vier verschiedene Zelltypen ausdifferenzieren. N. punctiforme wird häufig in symbiotischen Interaktionen mit verschiedenen Pflanzenpartnem gefunden. Der Infektionsprozess wird durch motile Filamente, die sogenannten Hormogonien, ausgelöst. Im Rahmen unserer Arbeiten konnte gezeigt werden, dass Nostopeptolid die Differenziemng dieser Filamente unterbindet und damit den lange beschriebenen Hormogonien-reprimierenden Faktor (HRF) darstellt. Wir konnten außerdem zeigen, dass die Nostopeptolidbiosynthesegene im Laufe des Lebenszyklus konstitutiv exprimiert werden und dass das Peptid in der extrazellulären Matrix lokalisiert ist. Die Regulation erfolgt offensichtlich auf Ebene der Sekretion aus dieser Matrix. Wir konnten die Rolle von Nostopeptolid bei der Interakfion von Nostoc und Gunnera manicata bzw. Blasia pusilla mit Hilfe von MALDI-Imaging und Transkriptionsreporterstämmen zeigen. Unter Einfluss des Symbiosepartners wird die Synthese von Nostopeptolid offensichfiich reprimiert. Dieser Einfluss auf Pflanzenseite führt offensichtlich zu der vermehrten Differenzierung der infektiösen Hormogonien. Als weiteres Ergebnis unserer Studien haben wir beobachtet, dass eine Reihe von Metaboliten in Pflanzen induziert werden. Diese Metabolite sind möglicherweise die Produkte der bislang verwaisten Biosynthesewege, die im Genom von N. punctiforme kodiert sind, zu denen bislang jedoch kein Produkt zugeordnet werden konnte. Diese Erkenntnisse können in einem weiterführenden Projekt untersucht werden. Für das zweite nichtribosomale Peptid, Anabaenopeptin, konnte eine Expression in frühen Akinetenstadien demonstriert werden. Das Peptid kann mit Methoden, die zur Anreicherung von Akineten führen, wie Phosphatmangel, induziert werden. Diese Art von zelltyp-spezifischer Expression wird damit erstmalig für ein cyanobakterielles nichtribosomales Peptid beschrieben. Die Zugabe von Anabaenopeptin wirkt sich jedoch nicht direkt auf den Differenzierungszustand bei N. punctiforme aus. Beide Erkenntnisse zeigen einen vielseitigen und spezifischen Einfluss bzw. eine Regulation von nichtribosomalen Peptiden im Lebenszyklus von N. punctiforme.
Publications
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(2015) Protective endosymbiont with extreme genome reduction. Environ. Microbiol.
I. Kehr, J.C, Dittmann, E.
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(2015) Nostopeptolide plays a governing role in cellular differentiation of the symbiotic cyanobacterium Nostocpunctiforme. Proc Natl Acad Sci 112: 1862-1867
Liaimer, A., Helfrich, E.H., Hinrichs, K., Guljamow, A., Ishida, K., Hertweck, C. Dittmann, E.
