Die Rolle der Siebelement Verschluss Proteine in der Wurzel Pathogenese und in der Signalweiterleitung im Phloem

• Antragstellerin: Dr. Alexandra Furch
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266247023

Das Phloem ist Teil des Langstreckentransportsystems, das neben der Translokation von Photoassimilaten auch an der Signalweiterleitung beteiligt ist. Sowohl die Zusammensetzung des Phloemsaftes, als auch die Ausbreitungsmöglichkeit, macht es für Pathogene sehr interessant. Wird die Integrität des Phloems gefährdet, hat das desaströse Auswirkungen auf die Gesundheit und Entwicklung. Das Projekt wird die grundsätzlichen molekularen und zellulären Anpassungen im Phloem untersuchen, die durch unterschiedlichen biotischen Stress induziert werden. Der Ausgangspunkt dieses Projektes klärt die Rolle von Siebelementverschluss Proteinen (SEO) in Arabidopsis. Da die SEO Genfamilie erst kürzlich identifiziert wurde, ist eine potenziell allgemeinere Rolle dieser Proteine in der Gesundheit und Entwicklung bis jetzt unerforscht. Mit Hilfe von knock-out Mutanten soll untersucht werden, ob und wie Mitglieder der SEO Protein Familie (AtSEO-a and AtSEO-b) an der Weiterleitung von Signalen und am Immunitätsstatus der Pflanze beteiligt sind. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass Flagellin 22, ein bakterielles MAMP (microbe associated molecular pattern) einen Siebelementverschluss auslöst. Daher wird die Rolle von SEOs in der MAMP-induzierten Signalweiterleitung von Wurzel zu Spross unter Verwendung von seo-a und seo-b Mutanten und in AtSEO-a/b Überexpressionslinien untersucht. Die ausgelösten Antworten sollen unter Berücksichtigung folgender Punkte analysiert werden: i) elektrischen Potenzialwellen (EPW), ii) Ca2+ Änderungen, iii) Phytohormone und iv) Wechselwirkung zwischen Signalen und strukturellen Modifikationen, welche sich auf den Verschluss von Siebelementen fokussiert. Die MAMP induzierten EPWs werden mittels Mikroelektroden lokal und systemisch gemessen. Die Ca2+ Änderungen werden unter Verwendung von Arabidopsis Keimlingen erfasst, die den Fluoreszenz Resonanz Energie Transfer (FRET) kompatiblen Ca2+-Sensor YC3.6 exprimieren. Die Verteilung der Phytohormone (JA, cis-OPDA, JA-Ile, SA, ABA) soll in Wurzeln, im Spross und in Blättern nach Befall mit verschiedenen Mikroben untersucht werden. Um die Beziehung zwischen dem Siebelementverschluss und dem Immunitätsstatus aufzuklären, werden die seo Mutanten und AtSEO Überexpressionslinien für die geänderte Resistenz gegen verschiedene Mikroben einschließlich virale (Turnip Crincle Virus), bakterielle (Pseudomonas syringae pv tomato DC3000) und pilzliche (Golovinomyces orontii) Pathogene überprüft. Arabidopsis Linien, welche mit dem Fluoreszenz Reporter Protein (hrGFP) markierte AtSEO Proteine exprimieren, werden verwendet, um die Lokalisierung von SEOs in behandelten und unbehandelten Pflanzen zu charakterisieren. Die Promoteraktivität und Gewebespezifität der Arabidopsis SEOs soll untersucht werden. MAMP-induzierte Wachstumsänderungen in Spross und Wurzel sollen mit der Nährstoffverteilung im Phloem korreliert und in SEO Mutanten durch die Verwendung von Carboxyfluorescein analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen