Regulation des Metabolismus reaktiver Sauerstoffspezies in frühen Infektionsphasen von Fusarium graminearum auf Weizen

• Antragsteller: Professor Dr. Wilhelm Schäfer, seit 2/2016
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266178213

Fusarium graminearum ist ein nekrotropher, filamentöser Ascomyzet und einer der bedeutendsten Phytopathogene auf Getreide weltweit. Ein Befall mit F. graminearum verursacht erhebliche Ernteausfälle und vergiftet die Ernte mit Mykotoxinen. Zur Penetration der Oberfläche von Weizenblütenblättern bildet F. graminearum spezielle Strukturen, sogenannte Infektionskissen (IK). Mittels Lasermikrodissektion haben wir epiphytisch wachsende Laufhyphen (LH) und IK voneinander getrennt gesammelt. Eine Transkriptomsequenzierung ergab eine große Menge an Genen, die spezifisch in den IK bzw. den RH hochreguliert sind. Wir identifizierten einige, die für sekretierte Enzyme kodieren, die involviert sind in den Metabolismus reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). ROS sind Nebenprodukte oxidativer Prozesse und spielen eine Rolle bei Genregulationen, Signaltransduktions- und Entwicklungsprozessen, Zelltod und Pathogenabwehr. In nekrotrophen Pilzen wirken sie häufig als virulenzverstärkendes Agens. Sie wirken sowohl intra- als auch extrazellulär.Aktuelle Erkenntnisse aus unserer Gruppe deuten darauf hin, dass Aufbau und Sekretion von ROS entscheidende Rollen bei der Virulenz von F. graminearum spielen. Eine balancierte Regulation des ROS-Haushalts während der Wirt-Pathogen-Interaktion ist wesentlich für das Gelingen der Infektion.In dem skizzierten Projekt konzentrieren wir uns auf insg. 35 sekretierte ROS-bezogene Enzyme (SRE), die in den IK signifikant hochreguliert sind. Beginnend mit funktionell verwandten und genetisch nicht-redundanten Enzymen des ROS-Katabolismus, werden wir diese 35 Gene ausschalten. Die entstandenen Mutanten sollen in Bezug auf Pathogenität, DON- und ROS-Produktion sowie Infektionsstrukturenbildung untersucht werden. Jene Mutanten, die einen Defekt in der Ausbildung von Infektionskissen zeigen, sollen mittels induzierbarer Expression des Gens komplementiert werden. Dies ermöglicht eine in-situ Komplementierung auf der Oberfläche eines Weizenblütenblatts. Darüber hinaus beabsichtigen wir ROS-Dynamiken während der initialen Infektion mittels des von uns erstmals in filamentösen Pilzen erfolgreich zur Anwendung gebrachten wasserstoffperoxidsensitven Sensorproteins HyPer zu analysieren. Unser Labor befasst sich seit langem mit der Infektionsbiologie von F. graminearum. Das beantragte Projekt ist integraler Bestandteil dieser Studien. Daher wird der Doktorand, dessen Stelle hiermit beantragt wird, unterstützt von technischen Assistenten, Bachelor- und Masterstudenten, sowie vom Antragsteller selber. Die Kombination von Transkriptomics, gezielter Genausschaltung und Lebendzellmikroskopie mit Sensorproteinen ist ein wirkungsvolles Werkzeug für die Identifizierung und Charakterisierung von Proteinen, die essentiell sind für die ROS-Balance und die erfolgreiche Penetration der Wirtspflanze.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Jörg Bormann, bis 1/2016