Virulenzsteigerung durch Vortäuschung einer Mangelsituation: Identifizierung neuer Effektoren von Magnaporthe oryzae durch Einzellanalysen infizierter Reiszellen und erfassen des Transkriptoms invasiver Hyphen.

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Schaffrath
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Pflanzenphysiologie ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410278620

Der hemibiotrophe Pilz Magnaporthe oryzae verursacht Blattflecken an wichtigen Kulturpflanzen. Der Lebenszyklus des Pathogens umfasst eine initiale biotrophe Phase, in der der Pilz symptomlos seinem Wirt kolonisiert, gefolgt von einer nekrotrophen Phase, in der er Zelltod induziert. Während beider Phasen sekretiert das Pathogen kleine Moleküle, sogenannte Effektoren, welche Abwehrreaktionen des Wirts manipulieren. Unsere Arbeiten haben gezeigt, dass M. oryzae während des Übergangs von der Bio- zur Nekrotrophie den Nudix-Hydrolase-Effektor (MoNudix) in das Zytoplasma befallener Wirtzellen sekretiert. Gendeletionsmutanten weisen eine verzögerte Kolonisierung des Wirtgewebes auf, der Pilz verbleibt länger in der biotrophen Phase und verursacht weniger Krankheitssymptome. Die verminderte Virulenz ist mechanistisch an die Induktion der Phosphatmangelreaktion (PSR) der Pflanze gekoppelt. Da auch andere hemibiotrophe Pilze Nudix-Hydrolasen sekretieren, scheint die Auslösung der PSR auf Kosten der pflanzlichen Abwehr ein konservierter Virulenzmechanismus zu sein. Während aktuelle Studien zeigen, dass auch in Pflanzen die Induktion der PSR mit einer verringerten Expression von Abwehrgenen verbunden ist, ist die funktionale Verknüpfung beider Prozesse bisher unverstanden. In diesem Projekt sollen die Mechanismen erforscht werden, durch die M. oryzae und andere hemibiotrophe Pathogene Stoffwechselprogramme ihrer Wirte, insbesondere die PSR, zu ihrem Vorteil manipulieren. Dazu werden wir Einzelzell-Transkriptomstudien durchführen und Genexpressionsereignisse sowohl für die Wirtspflanze als auch für das Pathogen erfassen. Zunächst wird das Transcriptom invasiver Hyphen, einer initial in infizierten Zellen gebildeten Infektionsstruktur, ermittelt. Durch den Vergleich von Expressionsdaten des M. oryzae Wildtyp-Isolats, der MoNUDIX Gendeletionsmutante und verschiedener Reisgenotypen während der Infektion, soll der Mechanismus, wie es durch Manipulation metabolischer Stoffwechselwege zu einer verminderten Resistenz kommt, entschlüsselt werden. Im Projekt wird zunächst die Frage adressiert, ob M. oryzae ein Infektonsstruktur-spezifisches Effektom besitzt. Da die Induktion der PSR nur zu einer quantitativ verringerten Resistenz führt, postulieren wir, dass für eine vollständige Kompatibilität die Unterdrückung der Abwehr durch Induktion verschiedener Mangelsituationen erfolgen muss. Daher werden wir untersuchen, ob zusammen mit MoNudix andere Effektoren sekretiert werden, die z.B. Stickstoffmangel simulieren. Zusätzlich wird durch Einzelzell-Transkriptomstudien mit einem Reisgenotyp der insensitiv zu MoNudix-induzierter PSR ist, die Untersuchung des Zusammenspiels zwischen PSR-Induktion und Resistenz möglich. Die Ergebnisse dieses Projekts liefern ein umfassendes Verständnis, wie M. oryzae pflanzeneigene Stoffwechselprozesse manipuliert, um die Wirtabwehr zu supprimieren und dies wird die Entwicklung von Strategien für einen nachhaltigen Pflanzenschutz stimulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen