Molekulare Signale in und von parasitären Pflanzen

• Antragsteller: Dr. Thomas Spallek
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424122841

Mit mehr als 2100 parasitären Arten umfasst die Familie der Sommerwurzgewächse die meisten beschriebenen Pflanzenparasiten. Nur wenige treten als landwirtschaftliche Schädlinge in Erscheinung und 85 % gelten als euphytoid, das heißt, sie ähneln „echten“ (nicht-parasitären) Pflanzen und betreiben Photosynthese. Phtheirospermum japonicum ist eine dieser euphytoiden Arten und wird als Modellsystem bei der Erforschung des Parasitismus herangezogen. Bisher konzentrierte sich die Forschung auf die frühe Infektion. Der Parasitismus im eigentlichen Sinn, also die Entnahme von Nährstoffen und die damit verbundenen negativen Effekte für den Wirt, sind weitestgehend unverstanden. Um dies zu ändern, begann ich 2019 mit einem Projekt zu „Untersuchungen zu den genetischen Voraussetzungen für Parasitismus am Beispiel der parasitären Modellpflanze Phtheirospermum japonicum”. Ein Projektschwerpunkt lag in der Suche nach Mutanten, die trotz erfolgreicher Wirtsinfektion nicht von Parasitismus profitierten, sogenannten dalton (did not alter growth on host plants, dal) Mutanten. Screenings von über 12.000 mutagenisierten Phtheirospermum-Pflanzen führten zur Isolation von vier dalton Mutanten (dal1-4). Genomsequenzierungen segregierender dal2 Populationen ergaben drei Kandidatengene, die nun weiter untersucht werden sollen. Dafür soll der dal2 Phänotyp komplementiert und durch CRISPR/Cas9 erzeugte Gendeletionen unabhängig reproduziert werden. Um den Parasitismusdefekt in dal2 besser zu charakterisieren, sollen Transportprozesse zwischen dem Wirt, dal2 und wildtypischen Parasiten mit fluoreszierenden Farbstoffen quantifiziert werden. Ebenso schlage ich eine genomweite Transkriptionsanalyse in voll ausgebildeten Infektionsorganen, den Haustorien, vor. Auch die anderen drei dal Mutanten sollen weiter genetisch untersucht werden. Der zweite Bestandteil des Projektes sah die Untersuchung von Subtilasen, einer Klasse von Proteasen, vor, die während der Bildung der Haustorien exprimiert werden. Wir konnten bereits zeigen, dass die Aktivität dieser Subtilasen für die Haustorienentwicklung wichtig ist. Zudem gelang es uns Vorläuferpeptide zu identifizieren, die durch eine dieser Subtilasen in aktive Peptide prozessiert wurden. Die aktiven Peptide wurden sowohl vom Wirt als auch vom Parasiten erkannt. Im Parasiten führte die Zugabe es aktiven Peptids zur vermehrten Bildung von Haustorienvorläufern. Dieser Effekt soll nun mittels RNA-Sequenzierung und der Untersuchung von Phosphorylierungsprozessen analysiert werden. Zudem sollen die Peptid-Rezeptoren gefunden und die Lokalisierung des Peptids während der Infektion sichtbar gemacht werden. Die zweigeteilte Vorgehensweise, Parasitismus regulierende Gene über einen genetischen Screen und über einen Kandidatenansatz zu identifizieren, kann bereits Erfolge aufweisen und wird durch die Klonierung der dalton Mutationen sowie die fortlaufende Untersuchung der Peptidaktivität zu weiteren Erkenntnissen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen