Schnelle evolutionäre Prozesse in Pflanzen als Konsequenz des Wechselspiels von Pathogenen, microRNAs und Resistenzgentranskriptmenge.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Laura Rose
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274476172

Die Generationszeiten und Populationsgrößen von Pathogenen und ihren Wirten unterscheiden sich oft um mehrere Größenordnungen. Diese hohe Evolutionsgeschwindigkeit und Adaptionsmöglichkeit des Pathogens stellt eine enorme Herausforderung an den Wirt dar. Das Ziel unserer Studie ist es zu untersuchen, wie Pflanzen diesem starken evolutionären Druck standhalten können. Fokus unserer Arbeit ist das Interaktionssystem der wilden Tomate und ihrem Pathogen, der Oomycete Phytophthora infestans. Hierbei interessiert uns insbesondere der Zusammenhang zwischen microRNAs (miRNAs) und NBS-LRR Resistenzgenen und wie diese die Pathogenresistenz in mehreren wilden und kultivierten Tomatenspezies beeinflussen können. miRNAs binden an ihre Zielgene und inhibieren deren Translation. In Bezug auf resistenzgen-regulierende miRNAs bedeutet dies: Desto größer die Menge an miRNAs umso geringer die Menge an Zielresistenzgenen, was eine erniedrigte Pathogenabwehr zur Folge hat. Erst kürzlich wurde in kultivierten Tomaten eine NBS-LRR regulierende miRNA Genfamilie beschrieben. Diese post-transkriptionelle Regulation erlaubt extrem schnelle Abwehrsignale und kann daher ein Weg der Pflanze sein, an das evolutionäre Potential ihrer Pathogene heranzureichen. Interesanterweise zeigen andere Studien dass post-transkriptionelle Regulation in vielfältiger Weise von Pathogenen ausgenutzt werden kann um die Pathogenabwehr zu senken.Die Anwesenheit des Pathogens, so unsere Hypothese, beeinflusst die Menge des miRNA Transkripts und somit auch die der Resistenzgene. Ein an den Wirt adaptiertes Pathogens könnte somit die Anhäufung von miRNAs (welche die Resistenzgene negativ regulieren) entweder durch i) unterschiedlichste Mechanismen zur direkten Hochregulation der pflanzlichen miRNAs oder ii) Sekretion eines miRNA Mimikry steuern. Ein alternatives Szenario wäre die unspezifische Suppression des gesamten pflanzlichen miRNA Repertoires seitens des Pathogens. Dies würde folglich dem Wirt durch die resultierende Hochregulation der Resistenzgene einen Vorteil verschaffen. Beide Szenarien gewähren uns Einsicht in die komplexen koevolutionären Prozesse, die zwischen den beiden Spezies stattgefunden haben. Um dies näher zu untersuchen, werden wir in diesem Projekt die post-transkriptionelle Regulation von Resistenzgenen in der Anwesenheit von P. infestans untersuchen. Dazu nutzen wir kontrollierte Inokulationen acht verschiedener Tomatenspezies mit vier unterschiedlichen Pathogenstämmen und analysieren die Stärke der Infektion und die der Wirtsresistenz. Gleichzeitig werden wir die Transkriptmenge der primären und der prozessierten miRNAs, sowie die Korrelation zu den komplementären Zielgenen dieser miRNAs testen. Wir werden statistische Varianzanalysen nutzen, um die Genfamilenmitglieder zu finden, deren Transkripthöhe durch das Pathogen verändert wird. Diese werden wir in Folge dessen in funktionellen Studien gezielt, in planta, genauer untersuchen und validieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1819: Rapid evolutionary adaptation: Potential and constraints