Perzeption langkettiger N-Acyl Homoserinlaktonen in Pflanzen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Adam Schikora
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282634159

Für Pflanzen ist die Wahrnehmung der Umgebung von entscheidender Bedeutung. Mikrobielle Moleküle, Effektorproteine und bakterielle Quorum Sensing Moleküle (QSM) induzieren in Pflanzen spezifische Reaktionen. QSM werden zur Kommunikation zwischen Bakterienzellen benützt. Zusätzlich sind diese Moleküle für positive Effekte von Bakterien auf Pflanzen verantwortlich. So kann das von Sinorhizobium meliloti synthetisierte N-3-oxo-tetradecanoyl-L-Homoserinlakton (oxo-C14-HSL), Arabidopsis und Gerste für eine erhöhte Abwehrreaktion sensibilisieren: erhöhte Akkumulation von Callose und phenolischen Verbindungen, sowie eine Lignifizierung der Zellwände. Die erhöhte Oxylipin- und Salicylsäurekonzentration begünstigt die Schließung der Stomata nach einem Pathogenbefall. Obgleich die bakterielle AHL-Rezeptoren (LuxR Familie) aufgeschlüsselt und in tierischen Zellen zwei Mechanismen postuliert wurden, ist über die Perzeption von AHL in Pflanzen wenig bekannt. Unser Ziel ist die Charakterisierung der AHL-Perzeption in Arabidopsis. Wir werden nach drei Strategien verfahren: i) Die Sequenzähnlichkeit zwischen den bekannten AHL Rezeptoren von Bakterien und Tieren und Pflanzenproteinen zeigte mehrere Kandidaten mit teilweiser hohen Homologien. Diese Proteine werden im Zentrum des Kandidaten-basierten Ansatz stehen in dem die jeweiligen Mutanten auf AHL-Wirkung getestet werden; ii) In dem Pull-Down/MS-MS und Protein Microarray Ansätzen werden die AHL-bindende Komplexe charakterisiert. Dies ermöglicht Identifizierung von Proteinen die direkt mit AHL interagieren. Hierzu werden neu synthetisierte Moleküle mit einem Biotin-Tag oder einer photoaktiven Azidgruppe verwendet; iii) Die genetische Variabilität innerhalb A. thaliana hat ein großes Potenzial. Eine Analyse von A. thaliana Ökotypen ergab bereits signifikante Unterschiede in der Reaktion auf oxo-C14-HSL. Einige Ökotypen sind AHL-responsive, während andere AHL-insensitive sind. Unsere dritte Strategie basiert auf recombinant inbred lines (RILs) und ermöglicht ein mapping des AHL-responsiven Locus (oder Loci) auf dem Genom von Arabidopsis. Abschließend werden alle identifizierten Kandidaten durch unabhängige Techniken, einschließlich Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie und RNAi-Technologie, bestätigt. Wir erwarten eine Reihe von AHL-Interaktionspartnern, die als Paradigma für das Verständnis der Wahrnehmung von AHL in Pflanzen dienen sollen. Neben der Fähigkeit der AHL-Wahrnehmung, können Pflanzen die Konzentration von AHL beeinflussen. In Zusammenarbeit mit der Gruppe Klug und Hackenberg werden wir die Auswirkungen von pflanzlichen Signal(en) auf die Produktion von oxo-C14-HSL in S. meliloti untersuchen. Die Charakterisierung der gegenseitigen Einflüsse von AHL auf Pflanzen und Pflanzen auf AHL-Produktion wird neue Einblicke in die Kommunikation zwischen Bakterien und Pflanzen geben und eine Optimierung der Umsetzung erworbener Kenntnisse in landwirtschaftlichen Strategien ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Wolfgang Maison, Ph.D.; Professorin Dr. Sorina Popescu