Die duale Funktion des Ustilago maydis GATA Transkriptionsfaktors Nit2 bei der Kontrolle der pathogenen Entwicklung und der Stickstoffverwertung

• Antragsteller: Professor Dr. Lars Voll
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421477591

Die Verfügbarkeit von Stickstoff stellt die stärkste Limitation für das Wachstum von Kulturpflanzen dar und auch biotrophe, eukaryotische Pflanzenpathogene sind an die Bereitstellung bestimmter organischer Stickstoffquellen in der Wirtspflanze angepasst. Erfolgreiche biotrophe Phytopathogene müssen die aktive Bereitstellung von Assimilaten im Wirtsgewebe bereits unmittelbar nach der Penetration sicherstellen, da diese die einzigen organischen Kohlenstoff- und Stickstoffquellen darstellen. Die flexible und effiziente Nutzung dieser Nährsstoffquellen stellt eine Schlüsseladaption heterotropher Mikroorganismen in dynamischen Umwelten dar. Diese Adaption wird durch die sogenannte carbon catabolite repression (CCR) und nitrogen catabolite repression (NCR) bewerkstelligt. Bislang ist nur unzureichend verstanden, wie sich eukaryotische Human- und Phytopathogene an Fluktuationen in der Verfügbarkeit von Nährstoffen während des Infektionsverlaufes anpassen, obwohl die Sensoren und Regulatoren der CCR und NCR in diesen Systemen weitestgehend konserviert sind. Der Verlust von zentralen Regulatoren der NCR führt in (hemi)biotrophen pilzlichen Phytopathogenen, wie dem Erreger des Maisbeulenbrandes, Ustilago maydis, meist zu einem Pathogenitätsdefekt. U. maydis Sporidien denen der GATA-Transkriptionsfaktor Nit2 als positiver Regulator der NCR fehlt, können nicht-präferierte Stickstoffquellen in dieser saprophytischen Lebensphase nicht mehr verwerten und zeigen eine verzögerte Ausbildung filamentöser phytopathogener Hyphen nach dem Kontakt mit der Wirtsoberfläche, was auf unterschiedliche Funktionen während dieser beiden Lebensabschnitte hindeutet. Transkriptomdaten legen sowohl eine Einbindung von Nit2 in das transkriptionelle Netzwerk, zur Kontrolle des phytopathogenen Wachstums nahe, als auch eine Rolle von Nit2 in der Regulation des pilzlichen Stickstoff-Stoffwechsels während der Biotrophie. Im Rahmen des beantragten Projektes soll die Rolle von Nit2 während dieser unterschiedlichen Infektionsphasen von U. maydis aufgeklärt werden. Zum einen soll herausgefunden werden über welchen molekularen Mechanismus Nit2 in die transkriptionelle Steuerung des frühen phytopathogenen Wachstums eingreift. Die verfügbaren Daten legen zudem nahe, dass Nit2 darüberhinaus auch in die Regulation der Stickstoffverwertung während des biotrophen Lebensabschnittes eingreift. Um die Rolle von Nit2 für die erfolgreiche Besiedelung des Wirtes besser zu verstehen wollen wir nit2-Zielgene zu unterschiedlichen Phasen der phytopathogenen Entwicklung in der Wirtspflanze identifizieren. Nit2-Zielgene, die auf die Verfügbarkeit von organischen Stickstoffquellen in der Pflanze reagieren, eröffnen die Möglichkeit, (i) die Stickstoff-/ Nährstoffverfügbarkeit im Wirtsgewebe in räumlicher und zeitlicher Auflösung zu studieren, (ii) die Antwort des Pathogens auf die Nährstoffverfügbarkeit in planta untersuchen und (iii) die Bedeutung dieser Prozesse für die Virulenz des Pathogens aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen