Charakterisierung einer Doppelmutante alternativer ECF-ähnlicher RNA-Polymerase Sigma Faktoren des Stickstoff-fixierenden bakteriellen Leguminosen-Symbionten Sinorhizobium meliloti

• Antragstellerin: Dr. Kathrin Wippel
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241743024

Das im Boden lebende alpha-Proteobakterium Sinorhizobium meliloti kann zusammen mit der Leguminose Medicago truncatula symbiotisch interagieren. Während dieser Interaktion werden Wurzelknöllchen gebildet, in denen die Bakterien proliferieren und atmosphärischen Stickstoff fixieren, sodass dieser für den pflanzlichen Stoffwechsel zugänglich gemacht werden kann. Die Invasion der Pflanzenzellen erfolgt mittels einer spezialisierten Struktur an den Wurzelhaaren, dem Infektionsschlauch, der sowohl von pflanzlichen, als auch bakteriellen Komponenten gebildet wird. Im Knöllchengewebe werden die Bakterienzellen, die noch von pflanzlicher Membran umgeben sind, in das Zytoplasma der Wurzelzellen freigesetzt. Die molekularen Mechanismen dieser Freisetzung sind bis heute noch nicht im Detail verstanden.Um auf Veränderungen und Stimuli der Umgebung zu reagieren, müssen Organismen eine transkriptionelle Anpassung durchlaufen. In diesem Zusammenhang spielen Sigma-Faktoren, Co-Faktoren der RNA-Polymerase, eine wichtige Rolle bei der Erkennung spezieller Promotorsets von Genen gleichartiger Funktion. Eine Untergruppe alternativer Sigma-Faktoren setzt sich aus ECF (extrazytoplasmatische Funktion)-Sigma-Faktoren zusammen. S. meliloti besitzt zehn ECF-Sigma-Faktoren der RpoE-Art. Analysen aller Einzel- und Doppelmutanten haben ergeben, dass unter anderem die Doppelmutante rpoE6 rpoE8 einen Defekt bei der Freisetzung der Bakterien aus dem Infektionsschlauch in die Knöllchenzellen aufweist. Außerdem findet in diesen Knöllchen keine Stickstofffixierung statt. Die S. meliloti ECF-Sigma-Faktoren sind noch kaum erforscht und ihre Zielgene sind mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Freisetzung der Bakterien in die Wurzelzellen beteiligt. Somit sind die Ziele des vorliegenden Forschungsantrags die detaillierte phänotypische Analyse der Mutante, eine ausführliche Transkriptionsanalyse und die Identifizierung putativer Zielgene von RpoE6 und RpoE8. Die Phänotypanalyse beinhaltet die mikroskopische Untersuchung des Infektionsvorganges, um alle Defekte der Mutante aufzudecken, sowie die allgemeine Beobachtung des pflanzlichen Habitus. Aus den differentiellen Genexpressionsstudien werden große Datenmengen zu Genen hervorgehen, die entweder direkt oder indirekt von rpoE6 und/oder rpoE8 reguliert werden. Die anschließende Verifizierung dieser potentiellen Zielgene und die Herstellung der entsprechenden Bakterienmutanten, sowie deren Analyse bezogen auf das Verhalten während der Symbiose werden Hinweise darauf geben, welche Rolle und Funktion sie bei der bakteriellen Freisetzung aus dem Infektionsschlauch haben.Das vorgeschlagene Forschungsprojekt wird demnach neue Informationen über den essentiellen Mechanismus hervorbringen, wie die Bakterien für die Stickstofffixierung in das Knöllchengewebe gelangen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Sharon R. Long