Molekulare Mechanismen der mikrobiota-beeinflussten Wirts-Wachstums-Abwehr-Koordination

• Antragsteller: Dr. Ryohei Thomas Nakano
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402201269

Pflanzen leben in enger Verbindung mit ihrer Mikrobiota und müssen als sessile Organismen mit wechselnden biotischen und abiotischen Bedingungen zurechtkommen, um ihr Überleben zu sichern. Pflanzenassoziierte Mikroben können Wirtswachstum und -Immunität auf verschiedene Weise manipulieren. Wir haben gezeigt, dass kommensale Rhizobiales Bakterien – isoliert aus einer Vielzahl gesunder Pflanzen – das Wurzelwachstum von Arabidopsis thaliana fördern und durch Elicitor-Peptide wie flg22 und pep1 ausgelöste Immunantworten unterdrücken. Im hier vorgeschlagenen Projekt möchte ich die molekularen Mechanismen aufklären, die der mikrobiota-beeinflussten Koordination zwischen Wirtswachstum und -abwehr zugrunde liegen, indem ich Molekulargenetik mit systembiologischen und zellbiologischen Ansätzen kombiniere. Ziel ist es, ein umfassendes zeit- und raumaufgelöstes molekulares Modell zu erstellen, das beschreibt, wie Pflanzen Wachstum und Verteidigung in Gegenwart komplexer mikrobieller Gemeinschaften koordinieren.Meine früheren Arbeiten haben gezeigt, dass, nach Behandlung mit Elicitor-Peptiden, pflanzliche sulfatierte Peptide von wurzelassoziierten Bakterien gezielt eingesetzt werden, um die Koordination von Wurzelwachstum und Verteidigung zu manipulieren, was auf einen Crosstalk zwischen der Wahrnehmung wachstumsregulierender sulfatierter Peptide und immunitätsregulierender Elicitor-Peptide oder innerhalb der darauffolgenden Signalprozesse hindeutet. Ich werde die diesem Crosstalk zugrundeliegende molekulare Basis entschlüsseln, indem ich den biochemischen Status der Rezeptoren und Signalkomponenten sowie die nachgeschalteten Genexpressionsprofile analysiere. Außerdem werde ich eine Sammlung pflanzenassoziierter genomsequenzierter Bakterien nutzen, um bakterielle Gene zu identifizieren, die für die Störung der Wachstum-Abwehr-Koordination verantwortlich sind. Dafür werde ich Multi-omics-Experimente mit in vitro-Bakterienkulturen durchführen, die in einem in planta-imitierenden System kultiviert werden, was wiederum als Input für trans-omics-weite Assoziationsstudien verwendet wird. Schließlich werde ich eine Vielzahl veröffentlichter und unveröffentlichter Transkriptomdaten von A. thaliana Wurzeln einbeziehen, die mit Mikroben unterschiedlicher Lebensweise interagieren, um potenzielle regulatorische Schlüsselgene in einem ko-exprimierten Netzwerk auszuwählen. Mit Hilfe von pflanzlichen und bakteriellen reversgenetischen Ansätzen wird die Funktion dieser Gene bei der Beeinflussung der Wachstum-Abwehr-Koordination sowie beim Aufbau der Wurzelmikrobiota experimentell validiert.Insgesamt werde ich den genetischen Rahmen aufklären, durch den wurzelassoziierte Kommensalen die Koordination von Wirtswachstum und -abwehr beeinflussen. Dies wird die Grundlage für die weitere Erforschung des molekularen Dialogs zwischen Pflanzen und ihrer Mikrobiota bilden und die Rolle der Pflanzenimmunität bei der Kontrolle von Struktur und Funktion der Wurzelmikrobiota erörtern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2125: Dekonstruktion und Rekonstruktion der pflanzlichen Mikrobiota "DECRyPT"