Mikrotubuliorganisation beim Eindringen pilzlicher Parasiten in Gerstenepidermiszellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Anfälligkeit von Pflanzen gegenüber mikrobiellen Krankheitserregern wird oft als Versagen der Pathogenerkennung und der konstitutiven und aktivierten Abwehrmechanismen gesehen. Man kann aber davon ausgehen, dass in der Interaktion von Pflanzen mit biotrophen Pathogenen, die spezialisierte Zelltypen -Haustorien- in lebenden Wirtszellen etablieren, die Wirtspflanze aktiv die Entwicklung und die Nährstoffversorgung der Erreger unterstützt. In diese Prozesse sind sogenannte Anfälligkeitsfaktoren eingebunden, deren physiologische Funktion im Krankheitsfalle von den Pathogenen aktiv oder passiv genutzt werden können. Die Gersten ROP (Rho of Plants) GTPase RACB ist ein Anfälligkeitsfaktor in der Interaktion mit dem Gerstenmehltaupilz Blumeria graminis f. sp. hordei (Bgh). In gesunden Pflanzen steuert RACB polare Wachstumsprozesse von Gerstenepidermiszellen und vermutlich profitiert Bgh von diesen Funktionen, wenn seine Virulenzmechanismen greifen. In der Tat besitzt Bgh einen unkonventionelles Virulenzeffektorprotein (ROP-interactive peptide 1), das RACB binden kann und das Mikrotubuli-(MT)-zytoskelett destabilisiert. Daher fokussierte dieses Projekt auf die Funktion von vorhergesagten ROP-Interaktoren, die hypothetisch MT organisieren. Gersten RIC (ROP-Interactive CRIB Motif–Containing Proteins) und RIP/ICR (ROP Interactive Partner/Interactor of Constitutive Active ROPs) Proteine wurden bioinformatisch vorhergesagt. Aus den vorhergesagten Proteinen wurde je nach ihrem Expressionsmuster in Gerste und Ähnlichkeit zu MT-organisierenden Proteinen eine Auswahl getroffen. RIPa hatte einen starken Einfluss auf MT-Muster, wenn es zusammen mit dem ROP Protein RAC1 und Microtubule-Associated ROP-Gtpase Activating Protein 1 exprimiert wurde und fand sich gleichzeitig in MT-beschränkten Plasmamembrandomänen. Die Daten unterstützen, dass ROP-Aktivität örtlich durch einen Rückkopplungsmechanismus zwischen aktivem ROP an der Plasmamembran und einer negativen Aktivitätskontrolle durch die MT gesteuert ist. Das trägt wesentlich zu unserem Verständnis bei, wie Asymmetrie in Membranen und im MT Zytoskelett etabliert wird, was für die pflanzliche Zellpolarität von genereller Bedeutung ist. Weitere detaillierte Analysen der Funktion und Struktur- Funktionsbeziehung identifizierten unterschiedliche RACB-Interaktionsmotive in RIPb und RIC157 und zeigten für beide Proteine ein starkes Potenzial, das Eindringen des Bgh-Pathogens in Gerste zu unterstützen. Die Proteine hatten keinen starken Effekt auf die MT-Organisation, obwohl RIPb teilweise an MT assoziiert vorliegt. Die RACB-interagierende Doppelwendeldomäne von RIPb ist alleine ausreichend, um die Anfälligkeit zu fördern. Sie interagiert wiederum mit potenziell nachgeschalteten Proteinen, wie einem C2-Domänen Protein, das als Ca2+-abhängig Phospholipid-bindend vorhergesagt ist und ebenfalls die Anfälligkeit fördert. Unsere Ergebnisse geben einen tiefen Einblick in das in Pflanzen wichtige ROP-signalling, das insbesondere in Getreidepflanzen wie der Gerste wenig verstanden ist. Außerdem eröffnen sie die Perspektive, zukünftig die genauen Mechanismen der RIP- und RIC-Proteinfunktion in der Anfälligkeit gegenüber einem wichtigen Krankheitserreger zu verstehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2019) Barley RIC157 is involved in RACB-mediated susceptibility to powdery mildew
Engelhardt S, Kopischke M, Hofer J, Probst K, McCollum C, Hückelhoven R
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(2018) A Barley powdery mildew fungus non-autonomous retrotransposon encodes a peptide that supports penetration success on barley. J. Exp. Bot. 69:3745-3758
Nottensteiner M, Zechmann B, McCollum C, Hückelhoven R
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(2018) Good riddance? Breaking disease susceptibility in the era of new breeding technologies. Agronomy 2018, 8(7), 114
Engelhardt S, Stam R, Hückelhoven R
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(2019) Barley ROP-interactive partner-a organizes into RAC1- and Microtubule-Associated ROP-Gtpase Activating Protein 1-dependent membrane domains
Hoefle, C, McCollum C, Hückelhoven R
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(2019) ROP Interactive Partner b interacts with the ROP GTPase RACB and supports fungal penetration into barley epidermal cells
McCollum C, Engelhardt S, Hückelhoven R
