Wie Pflanzen Nematoden erkennen: Signal und Signalweg

• Antragsteller: Professor Dr. Florian M. W. Grundler, seit 3/2019
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322151769

Pflanzenparasitäre Nematoden ernähren sich ausschließlich obligat biotroph vom Gewebe ihrer Wirte. Vermutlich kann beim Eindringen in den Wirt das pflanzliche Immunsystem durch die Erkennung von pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) oder damage associated molecular patterns (DAMPs) aktiviert werden. Pflanzen verfügen über Rezeptoren (PRRs) auf der Zelloberfläche, die die Anwesenheit von PAMPs oder DAMPS erkennen und so Abwehrreaktionen in Gang setzen. Es gibt eine Reihe gut charakterisierter Beispiele für PAMPs und entsprechender Rezeptoren, die Bakterien, Pilze und Insekten erkennen können. Dagegen sind die Mechansimen für die Erkennung von Nematoden noch weitgehend unbekannt. Hier konnten wir zeigen, dass ein wässriges Diffusat von Nematoden (NemaWater) proteinartige Elicitoren beinhaltet, welche in der Lage sind, in Abhängigkeit des Immun-Corezeptors BAK1 in Arabidopsis eine Immunreaktion (PTI) hervorzurufen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kinase NIRL1 mit einer Leucin-reichen rezeptorähnlichen Struktur für die Einleitung der Abwehrreaktionen, die durch NemaWater hervorgerufen werden, und damit auch für die Abwehr gegen Nematoden, essentiell ist. Die Applikation von NemaWater auf Pflanzen regt die Bildung von ROS an, eine der wesentlichen Merkmale von PTI, sowie ein vermindertes Wachstum in Wildtyp Arabidopsis Pflanzen, jedoch nicht in Pflanzen, bei denen die Funktion der NIRL1 Gene durch eine Loss-of-function Mutation ausgeschaltet wurde. Diese NIRL1-Knock-out Mutanten waren gegenüber einer Reihe von unterschiedlichen Nematoden anfälliger im Vergleich mit Kontrollpflanzen des Arabidopsis Wildtyps. Das erste Ziel des vorliegenden Projektes ist es, den Anteil der Elicitoren im NemaWater zu isolieren und soweit aufzureinigen, dass die Anwesenheit eines einzelnen NAMPs in der Probe gewährleistet ist. Eine Reihe von Experimenten sollen daraufhin isolierte NAMPs in Hinblick auf ihre Fähigkeit, PTI auszulösen, charakterisieren. Das zweite Ziel des Projekts besteht darin, NILR1 und dessen Rolle bei der Oberflächenerkennung während der Pflanzen-Nematoden Interaktion im Detail zu beschreiben. Darüber hinaus sollen die nach NemaWater Behandlung oder Nematodeninfektion ausgelösten NILR1 Signalwege ausführlich analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Shahid Siddique, bis 2/2019