Zusammenspiel von Calcium-regulierter Proteinkinase CPK5, atypischen NLR Immunrezeptor und Exocyst Komponente EXO70B1 in der Aktivierung der pflanzlichen Immunsystems und der Signalweiterleitung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Tina Romeis
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391652390

Pflanzen, die einem Pathogenangriff ausgesetzt sind, zeigen als eine der frühesten Antworten einen Anstieg der cytosolischen Calciumkonzentration. Dieser schnelle Calciumanstieg ist Voraussetzung für die Aktivierung der Immunantwort, sowohl in der PAMP induzierten (PTI) als auch in der Effektor ausgelösten Immunität (ETI). Calcium-abhängige Proteinkinasen (CPKs) sind Calcium-Sensoren und Signal-Überträger und stellen somit wichtige Schlüsselkomponenten in der pflanzlichen Immunantwort dar. EXO70B1 ist eine Untereinheit des pflanzlichen Exocyst-Komplexes, und der Funktionsverlust von EXO70B1 führt zu Autoimmunreaktionen. Pflanzen, welche CPK5 überexprimieren, sind resistenter gegenüber bakteriellen Pathogenen, vergleichbar mit der verstärkten Immunantwort in der exo70B1 Mutante. Interessanterweise ist sowohl in der CPK5 Überexpressionslinie als auch in der exo70B1 Mutante ein verkürztes Protein mit Nukleotid Bindedomäne und Leucin-reichem Motif (NLR) TIR-NBS2 (TN2) für diesen Phänotyp erforderlich. In der Arbeitsgruppe von Prof. Tang wurden in einem Suppressorscreen Mutanten isoliert, welche den exo70B1-Resistenzphänotyp unterdrücken: Es handelt sich dabei um mehrere Allele in den beiden Genen TN2 und CPK5 (jedoch in keiner anderen CPK-Isoform). Dies weist auf eine einzigartige Funktion von CPK5 in der pflanzlichen Immunität hin. In molekularen Studien interagiert der N-terminalen Teil vom CPK5 Protein direkt mit TN2. Weiterhin konnte in der Arbeitsgruppe von Prof. Romeis gezeigt werden, dass CPK5 nach Expression in exo70B1-Protoplasten eine erhöhte, konstitutive Aktivität aufweist, welche im tn2 Hintergrund nicht detektier bar war. Diese Studien zeigen erstmals ein unmittelbares Zusammenspiel zwischen einem atypischen Immunrezeptor und einer Signalkomponente des calcium-regulierten Netzwerkes auf, welches für die frühe Immunantwort und Resistenz erforderlich ist. In diesem Antrag soll die Funktion sowie das funktionale Zusammenspiel der drei Komponenten CPK5, TN2 und EXO70B1 in der Signalinitiation und Weiterleitung in PTI und ETI untersucht werden. Basierend auf dem derzeitigen Verständnis im Fachgebiet lassen sich zwei Modelle für die TN2-vermittelte Regulierung von CPK5 und EXO70B1 diskutieren: (i) Die Aktivität von CPK5 wird von TN2 zusammen mit einem noch zu identifizierenden NLR Protein bewacht (Guard-Hypothese), und (ii) TN2 stabilisiert die aktive (geöffnete Form von) CPK5, was über eine positive Rückkopplung zwischen CPK5 und TN2 in der exo70B1 Mutante eine verstärkten Immunantwort verursacht. Weiterhin wird die Rolle von EXO70B1 im Immungeschehen charakterisiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dingzhong Tang