Charakterisierung der Rolle von Mitgliedern der CRT1-Familie in wurzel-induzierter basaler Resistenz, SAR und ISR in Arabidopsis und Gerste

• Antragsteller: Professor Dr. Karl-Heinz Kogel
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245775174

Pflanzen sind ständig biotischen und abiotischen Stressfaktoren ausgesetzt. Die Interaktion mit und Erkennung von Mikroben führt zur Produktion von Signalen an der Kontaktstelle, die auf die umgebenden und distalen Geweben übertragen werden. Dieses Signaltransduktionsnetzwerk nach nicht-selbst-Erkennung wurde in den oberirdischen Teilen der Pflanze intensiv untersucht. Obwohl sich die Rhizosphäre durch eine überproportional höhere Anzahl von Mikroben auszeichnet, ist bisher relativ wenig über die Signaltransduktion in den Wurzeln nach Kontakt mit mikrobiellen Pathogenen und Mutualisten bekannt.Ein genetischer Screen in Arabidopsis thaliana führte zu der Entdeckung von CRT1 (Compromised for Recognition of Turnip Crinkle Virus 1). CRT1 gehört zur MORC-Untergruppe der GHKL-ATPasen. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Resistenz von Arabidopsis gegen Viren, Bakterien und Oomyceten und ist involviert in fünf Ebenen der Immunität einschließlich effector-triggered immunity (ETI), pattern-triggered immunity (PTI), basale Resistenz, non-host resistance, und systemisch erworbenen Resistenz (SAR). Gemeinsame Vorarbeiten des Antragstellers mit dem Mercator Fellow haben gezeigt, dass i) CRT1 in den Zellkern transloziert wird, ii) DNA bindet, iii) Endonukleaseaktivität aufweist und iv) die Toleranz gegenüber einem DNA-schädigenden Mittel beeinflusst. Dies weist auf wichtige nukleare Funktion(en) während der Aktivierung der Immunantwort hin.CRT1 Familienmitglieder wurden in allen bisher sequenzierten Pflanzenarten identifiziert, was auf eine evolutionär konservierte Funktion hindeutet. Fünf Gene der CRT1-Familie, genannt HvCRT1, HvCRH1, HvCRH3, HvCRH6 und HvCRH7, wurden vom Antragsteller im noch nicht vollständig annotierten Genom von Hordeum vulgare identifiziert. Veränderung der Expression dieser Gene entweder durch RNAi-vermitteltes Silencing oder Überexpression beeinflusst die Resistenz von Gerste gegenüber Fusarium graminearum und Blumeria graminis. Diese Ergebnisse legen nahe, dass CRT1 und/oder seine Homologen in Arabidopsis, Gerste und anderen Pflanzenarten an der Wurzel-Mikroben-Interaktion beteiligt sind. Da das Silencing von Mitgliedern der CRT1-Familie in Gerste zu erhöhter Resistenz gegen nekrotrophe (Fusarium) und biotrophe (Blumeria) Pathogene führt, wird vermutet, dass diese Gene großes Potential für agronomische Anwendungen haben. Um die Wirkungsweise der CRT1-Proteine sowie die zugrunde liegenden Mechanismen für die scheinbaren artspezifische Funktionsunterschiede zwischen CRT1 in Gerste und Arabidopsis aufzuklären, soll rekombinant hergestelltes AtCRT1 und HvCRT1 mittels molekularer, biochemischer, biophysikalischer und struktureller Methoden charakterisiert werden. Weiterhin werden stabil transgene Gerstenlinien mit veränderten Expression von Genen der CRT1-Familie erzeugt und im Hinblick auf ihre Reaktion auf Wurzel-initiierte Pathogeninfektion untersucht. Das langfristige Ziel dieser Studien ist die Verbesserung von Nutzpflanzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen