Qualitative und quantitative Untersuchung der Wechselwirkung des Immunodominanten Transmembran-Protein von ´Candidatus Phytoplasma mali´ mit Wirts-Aktin mittels Rasterkraftmikroskopie

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Gabriele Krczal; Professorin Dr. Christiane Ziegler
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 341653910

Phytoplasmen sind zellwandlose Mikroorganismen, die das Phloem von Wirtspflanzen besiedeln und eine Vielzahl wirtschaftlich relevanter Krankheiten in mehr als tausend Pflanzenarten verursachen. Methoden für die in vitro Kultur von Phytoplasmen erwarten weitere Bestätigung der Machbarkeit, was dazu führt, dass diese Schaderreger physiologisch und biochemisch bisher nur wenig charakterisiert sind. Darüber hinaus sind auch die Grundlagen der Phytoplasma-Wirt Interaktion kaum verstanden, unter anderem auch aus einem Mangel an ausgeklügelten Techniken zur Untersuchung der Pflanze-Phytoplasma Interaktion und der Kolonisierung der Wirtspflanze. Untersuchungen zur Translokation von Phytoplasmen nach lokaler Infektion oder Re-Kolonisierung von Bäumen deuten darauf hin, dass die Translokation von Phytoplasmen nicht nur durch eine Mitnahme im Assimilatestrom erklärt werden kann. Aktive Bewegung der Phytoplasmen erscheint jedoch in Anbetracht des Fehlens von Genen, die für ein Zytoskelett oder Flagellen kodieren, auch unwahrscheinlich. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass Phytoplasmen eine Reorganisation verursachen, die Siebelement Aktin des Pflanzenwirts einseitig auf der Phytoplasma Oberfläche anbinden. Unipolare Anbindung und Polymerisierung von Wirts Aktin hat sich vor allem bei gram positiven interzellularen pathogenen Bakterien entwickelt, um die Verbreitung von Zelle zu Zelle zu erleichtern. Darüber hinaus konnte einer der Antragsteller zeigen, dass das transient exprimierte immunodominante Membranprotein (Imp) von ´Candidatus Phytoplasma mali´ (´Ca. P. mali´), ein Phytoplasma, das durch Insekten übertragen wird, die zur Gattung Cacopsylla gehören, in vivo an Pflanzen Aktin bindet und so eventuell die Bewegung der Phytoplasmen im Phloem unterstützt. Neuere Entwicklungen in der Rasterkraftmikroskopie und Rasterkraftspektroskopie (SFM/SFS) ermöglichen (sub)molekulares Abbilden kombiniert mit quantitativem Mapping von physikalischen, chemischen und biologischen Interaktionen. Wir beabsichtigen daher, die intermolekularen Kräfte zwischen Aktin und Imp von ´Ca. P. mali´ sowie Imp Mutanten zu messen und die Bindungsstelle zu lokalisieren und zu bestimmen. Des Weiteren soll die High-speed Rasterkraftmikroskopie (HS-SFM) genutzt werden. Diese Methode wurde bisher in der Phytoplasma-Forschung noch nicht zur Untersuchung der Interaktion zwischen Pflanzenpathogenen und ihren Wirten angewandt und stellt daher einen besonders innovativen Ansatz dar. Speziell die HS-SFM soll zur Aufklärung und Darstellung der Bewegung eines rekombinanten Spiroplasma citri (mit exprimiertem Imp sowie Imp Mutanten in der Membran) entlang von Pflanzen- und Insekten-Aktin eingesetzt werden. Diese Erkenntnisse werden entscheidend dazu beitragen, die seit Langem bestehenden und offenen Fragen in der Phytoplasma-Forschung zu beantworten: Wie besiedeln Phytoplasmen ihre Wirte und verbreiten sich in diesen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen