Konfokales Laser Scanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um den Bedarf an Nahrungsmitteln einer wachsenden Weltbevölkerung zu decken, müssen neue Strategien entwickelt werden, die eine nachhaltige Pflanzenproduktion unterstützen. Wirt-induziertes Gen-Silencing besitzt ein großes Potenzial, um Schädlinge und Krankheiten von Kulturpflanzen zu bekämpfen. Obwohl die transgene Expression von inhibitorischer, nicht kodierender doppelsträngiger (ds) RNA im Wirt ein vielversprechendes Konzept ist, müssen erst transgene Kulturpflanzen erzeugt werden. Dies kann, abhängig von der Transformationsfähigkeit und genetischen Stabilität der Kulturpflanze, zu erheblichen zeitlichen Verzögerungen führen. Unter Verwendung des agronomisch wichtigen Pathosystems von Gerste und Fusarium graminearum konnten wir zeigen, dass auch eine Sprühapplikation einer langen, nicht kodierenden dsRNA, die gegen die drei Pilz-Cytochrom-P450-Lanosterol-C-14α-Demethylasen gerichtet ist, ausreicht, die Biosynthese von Pilzergosterol zu unterdrücken und somit das Pilzwachstum auf Gerstenpflanzen zu hemmen. Bis zu diesem Zeitpunkt war aber ungeklärt, wie die dsRNA nach exogener Applikation von der Pflanze aufgenommen und transportiert wird. Mit Hilfe, von konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie konnten wir zeigen, dass ATTO 488-markierte dsRNA in besprühten Gerstenblättern im Phloemgewebe akkumuliert und vom Pilz aufgenommen wird. Neben Ertragsverlusten durch Befall mit mikrobiellen Pathogenen führt auch Blattlausbefall von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen zu hohen Ertragseinbußen. Der Einsatz chemischer Insektizide stellt eine wichtige Strategie zur Bekämpfung von Blattläusen dar. Es sind jedoch alternative und nachhaltige Bekämpfungsmaßnahmen erforderlich, um rasch auftretende Resistenzen und mögliche Risiken für Menschen und Nützlinge zu vermeiden. Blattläuse sind auf bakterielle Symbionten angewiesen, die sie einerseits gegen Parasiten schützen und andererseits helfen, Nährstoffe aus dem Phloemsaft von Pflanzen zu gewinnen. Arbeiten des Instituts für Insektenbiologie an der Justus-Liebig-Universität Gießen konnten zeigen, dass der Einsatz antimikrobieller Peptide aus Skorpionen herkömmliche Insektizide zur Blattlausbekämpfung ersetzen oder zumindest ergänzen könnten, da diese die Überlebensrate von Blattläusen negativ beeinflussen. Unter Verwendung von Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierungssonden und konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie konnte nachgewiesen werden, dass die antimikrobiellen Peptide aus Skorpionen die Population der bakterielle Symbionten beeinflussen und das Blattlausbakteriom, ein spezialisiertes Organ, das bakterielle Symbionten beherbergt, gestört wird. Neben dem Einsatz zur Detektion fluoreszenz-markierter dsRNA im Pflanzengeweben und dem Nachweis der Besiedlung von Pflanzensamen und Wuzeln durch symbiontische Bakterien mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung findet das Konfokale Laser-Scanning-Mikroskop hier am Institut für Phytopathologie auch einen Einsatz bei der Detektion von Protein-Protein Interaktionen über Bimolekulare Fluoreszenz Komplementierung sowie im Nachweis von DNA-Protein Interaktionen über Fluoreszenz-Wiederherstellung nach Photobleichung und in der subzellularen Lokalisierung von fluoreszenz-markierten Proteinen in Zellen von Pflanzen, Pilzen und Oomyceten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016) Non-pathogenic Rhizobium radiobacter F4 deploys plant beneficial activity independent of its host Piriformospora indica. ISME 10(4), 871-884
Glaeser SP, Imani J, Alabid I, Guo H, Kämpfer P, Hardt M, Blom J, Goesmann A, Rothballer M, Hartmann A, Kogel KH
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(2016). An RNAi-Based Control of Fusarium graminearum Infections Through Spraying of Long dsRNAs Involves a Plant Passage and Is Controlled by the Fungal Silencing Machinery. PLoS Pathogens, 12(10), e1005901
Koch, A., Biedenkopf, D., Furch, A., Weber, L., Rossbach, O., Abdellatef, E., et al.
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(2016). Bacterial microbiota associated with flower pollen is influenced by pollination type, and shows a high degree of diversity and species-specificity. Environmental Microbiology, 18(12), 5161–5174
Ambika Manirajan, B., Ratering, S., Rusch, V., Schwiertz, A., Geissler-Plaum, R., Cardinale, M., & Schnell, S.
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(2016). The MADS Box Genes ABS, SHP1, and SHP2 Are Essential for the Coordination of Cell Divisions in Ovule and Seed Coat Development and for Endosperm Formation in Arabidopsis thaliana. PLoS ONE, 11(10), e0165075
Ehlers, K., Bhide, A. S., Tekleyohans, D. G., Wittkop, B., Snowdon, R. J., & Becker, A.
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(2017). Orally delivered scorpion antimicrobial peptides exhibit activity against pea aphid (Acyrthosiphon pisum) and its bacterial symbionts. Toxins, 9(9), 261
Luna-Ramirez, K., Skaljac, M., Grotmann, J., Kirfel, P., & Vilcinskas, A.
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(2017). The seed endosphere of Anadenanthera colubrina is inhabited by a complex microbiota, including Methylobacteriumspp. and Staphylococcus spp. with potential plant-growth promoting activities Plant and Soil, 422(1-2), 81–99
Alibrandi, P., Cardinale, M., Rahman, M. M., Strati, F., Ciná, P., de Viana, M. L., et al.
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(2018) CRABS CLAW acts as a bifunctional transcription factor in flower development. Frontiers in Plant Science
Gross T, Broholm S, Becker A
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(2018). Consistent associations with beneficial bacteria in the seed endosphere of barley (Hordeum vulgare L.). Systematic and Applied Microbiology, 41(4), 386–398
Rahman, M. M., Flory, E., Koyro, H.-W., Abideen, Z., Schikora, A., Suarez, C., et al.
