Die Rolle von CLE-Peptiden während der Mykorrhiza-Symbiose

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lena Maria Müller
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 331064509

Eine große Mehrheit der Pflanzenarten, darunter auch landwirtschaftlich wichtige Nutzpflanzen wie Reis, Weizen und Soja, geht eine für beide Seiten nützliche Symbiose, die sogenannte arbuskuläre Mykorrhiza (AM), mit Bodenpilzen ein. Dabei profitiert die Pflanze vom ausgedehnten Hyphennetzwerk des Pilzpartners, welcher Mikronährstoffe aus dem Boden absorbiert und diese an die Wurzeln der Wirtspflanze abgibt und im Austausch dafür Photosyntheseprodukte von der Pflanze erhält. Der Austausch dieser Nährstoffe findet an sogenannten Arbuskeln, fein verzweigten, bäumchenartigen Hyphen, welche der Pilz in den Kortex-Zellen der pflanzlichen Wurzel bildet, statt. Um ein optimales Kosten-Nutzen Gleichgewicht, insbesondere im Hinblick auf die Nährstoffaufnahme und -abgabe, aufrecht zu erhalten, muss die Bildung und Aufrechterhaltung der AM-Symbiose streng reguliert sein. Dieser Regulationsprozess wird hauptsächlich von der Wirtspflanze gesteuert und erfordert ständige Kommunikation zwischen kolonisierten und anderen, nicht-kolonisierten Zellen der Pflanze. Im Zuge der Vorarbeiten für diesen Projektantrag haben wir sowohl im Gras Brachypodium distachyon als auch in der zweikeimblättrigen Leguminose Medicago truncatula mehrere Gene identifiziert, welche für kleine, sekretierte, CLV3/ESR-verwandte (CLE)-Peptide kodieren, deren Expression während der AM-Symbiose hochreguliert wird. CLE-Peptide wurden in anderen Systemen als interzelluläre Kommunikationssignale beschrieben, welche zumeist entwicklungsbiologische Prozesse regulieren, aber auch bei der Interaktion von Pflanzen mit Rhizobakterien (Knöllchensymbiose) oder Zystennematoden beteiligt sind. Die im Zusammenhang mit AM identifizierten CLE-Peptide stellen daher exzellente Kandidaten für ähnliche Signalprozesse dar, welche die Interaktion von Pflanzen mit AM-Pilzen regulieren könnten. Hierbei könnten die CLE-Peptide zelluläre Signale sowohl über kurze als auch über längere Distanzen übertragen und somit die Bildung oder Aufrechterhaltung der Symbiose kontrollieren. Einleitende Studien in M. truncatula haben gezeigt, dass eine Überexpression von MtCLE30 die Entwicklung von Arbuskeln beeinflusst und deren Abbau fördert, was darauf hinweist, dass die pflanzliche Kontrolle über die Kolonisierung durch den Pilz mittels CLE-Signalen gesteuert werden könnte. Mit dem vorliegenden Projektantrag beabsichtigen wir, die Rolle der CLE-Peptide während der Bildung und Aufrechterhaltung der AM-Symbiose in Monokotyledonen (B. distachyon) und Leguminosen (M. truncatula) zu untersuchen. Beide Arten sind Modellsysteme für Nutzpflanzen, und weil nicht-erneuerbare Rohstoffe zur Düngemittelherstellung drastisch zur Neige gehen, wird eine nachhaltige landwirtschaftliche Nahrungsmittelproduktion zunehmend von AM-Symbiosen abhängig sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Maria Harrison, Ph.D.