Entschlüsselung der Evolution, Expression und Virulenzfunktion von Xanthomonas TALEs in unterschiedlichen Wirtspflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Boch; Dr. Jan Grau
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261742732

Xanthomonas-Bakterien sind Pflanzenpathogene, die viele Kulturpflanzen befallen und erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Nahrungsmittelproduktion haben. Dieses Projekt hat zum Ziel, Wechselwirkungen zwischen Xanthomonas-Bakterien und der Wirtspflanze durch einen interdisziplinären Ansatz von Biologie und Bioinformatik zu untersuchen. Das Projekt fokussiert auf transcription activator-like effectors (TALEs), bakterielle Proteine, die als Transkriptionsaktivatoren pflanzlicher Gene wirken und Schlüssel-Virulenzfaktoren vieler Xanthomonas-Pathogene sind. Frühere Förderperioden waren der Genomsequenzierung von Xanthomonas-Stämmen, der Vorhersage und Validierung von TALE-Zielgenen in Pflanzenzellen, der TALE-Evolution und der zeitaufgelösten Untersuchung von TALE-Zielen während der Infektion gewidmet. Darauf aufbauend werden in dieser Projektphase TALE-Organisation und -Evolution, die Funktion induzierter Wirts-Transkripte und natürliche Variation in Promotoren von Zielgenen untersucht. Zunächst liegt der Fokus auf dem etablierten Xanthomonas oryzae–Reis-Pathosystem, während dieser später auf Baumwoll-Pathogene ausgeweitet wird, wodurch Einblicke in allgemeine Infektionsstrategien möglich sind. Um diese Ziele zu erreichen, wird unsere Software AnnoTALE für die Annotation und Analyse von TALE-Genen im Hinblick auf das Wachstum verfügbarer Xanthomonas-Genome erweitert und verbessert. Zuvor identifizierte TALE-Zielgene werden auf ihre Rolle während der Infektion untersucht. Dabei werden TALE-Zielgene betrachtet, die durch verschiedene Subspezies von Xanthomonas oryzae oder von weit verbreiteten TALE-Klassen induziert werden. Zur Untersuchung von bakteriellen und Wirts-Transkripten während der Infektion wird dual ONT direct RNA sequencing etabliert, da dies für die Auflösung hoch-repetitiver TALE-Gene erforderlich ist. ONT-Reads sind auch geeignet, um partielle und Antisense-Transkripte und verschobene Transkriptions-Starts aufzulösen, die in früheren Projektphasen gefunden wurden. Der Projektfokus wird im Folgenden auf das Pathosystem Xanthomonas citri pv. malvacearum–Baumwolle ausgeweitet, Genome von Bakterienstämmen mittels ONT-Sequenzierung bestimmt und Infektionsexperimente von Baumwollpflanzen durchgeführt. Hierbei wird die Hypothese verfolgt, dass Zielgene mit vergleichbarer Funktion in verschiedenen Pathosystemen existieren und dass deren Identifikation Einblicke in allgemeine Infektionsstrategien liefert. Eingehende Untersuchungen der TALE-Evolution, einschließlich Rekombination und Umorganisation von TALE-Genen, könnten Aufschluss über die evolutionären Mechanismen geben, die die beobachtete Vielfalt der TALome begründen. Schließlich werden umfangreiche Informationen über natürlich vorkommende Varianten der Promotoren von Zielgenen untersucht, die eine natürliche Ressource für die Resistenz gegen Xanthomonas-Pathogene darstellen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Kooperationspartnerin: Dr. Roxana Roeschlin