Epigenetische Regulation der transkriptionellen Umprogrammierung suszeptibler Arabidopsis-Zellen nach Xanthomonas-Infektion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bakterielle Krankheitserreger verursachen Schäden bei zahlreichen Kulturpflanzenarten, die weltweit zu drastischen Ertragsverlusten führen. Um Wirtspflanzen zu infizieren, dringen Bakterien über natürliche Öffnungen (z. B. Spaltöffnungen oder Hydathoden) oder Wunden in die Wirtspflanzen ein und treffen dann auf Zellen, die vom apoplastischen Lumen aus zugänglich sind. Virulente gramnegative Bakterien können mit Hilfe eines spritzenartigen Typ-III-Sekretionssystems (T3SS) geringe Mengen proteinhaltiger Effektoren in diese Zellen injizieren. Innerhalb der Wirtszellen werden diese Effektoren in verschiedene subzelluläre Kompartimente verlagert und manipulieren die zellulären Prozesse des Wirts, um die Immunüberwachungssysteme zu unterlaufen und ein günstiges Umfeld für die bakterielle Besiedlung und Verbreitung zu schaffen. Die molekularen Mechanismen, wie bakterielle Effektoren Krankheiten fördern und die Physiologie und Entwicklung des Wirts beeinflussen, sind jedoch weitgehend unbekannt. Insbesondere die durch bakterielle Effektoren induzierte epigenetische Regulierung der transkriptionellen Umprogrammierung in pflanzlichen Wirtszellen ist bisher weitgehend unerforscht, da die Isolierung der von Effektoren betroffenen Zellen für epigenetische Analysen technisch sehr anspruchsvoll ist. In diesem Projekt habe ich eine neuartige Technik namens „effector-inducible isolation of nuclei tagged in specific cell types (eINTACT)“ entwickelt. eINTACT isoliert mit Hilfe von Streptavidin-beschichteten Magnetkügelchen die mit Biotin markierte Zellkerne aus Arabidopsis-Pflanzenzellen, in welche bakterielle Xanthomonas-Effektoren injiziert wurden. Die Analyse der gereinigten Zellkerne zeigt, dass der Xanthomonas-Effektor XopD die Expression von Arabidopsis-Genen beeinflusst, die mit der Abscisinsäure-Signalisierung zusammenhängen, und OSCA1.1 aktiviert, ein Gen, das einen kalziumdurchlässigen Kanal kodiert, der für die Schließung der Stomata als Reaktion auf osmotischen Stress erforderlich ist. Da das Fehlen von OSCA1.1 zum Welken der Blätter und zu einem verminderten Bakterienwachstum führt, bedeutet eine Aktivierung von OSCA1.1, dass die Infektionsanfälligkeit des Wirts erhöht wird. Mit eINTACT konnten wir aufdecken, dass XopD die durch OSCA1.1/Abscisinsäure-Osmosignalisierung vermittelte Stomataschließung des Wirts ausnutzt, um ein feuchtes Habitat zu schaffen, das das Bakterienwachstum begünstigt. eINTACT eröffnet daher einen neuen Weg zur genauen Aufklärung der Funktionen von Effektoren zahlreicher gramnegativer Pflanzenbakterien in nativen Infektionszusammenhängen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mein Projekt nicht nur zu unserem Verständnis der molekularen Pathogenese von Xanthomonas im Allgemeinen beigetragen, sondern auch die Methodik auf dem Forschungsgebiet der Pflanzenpathologie vorangebracht hat. Die Ergebnisse sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung wirksamer und nachhaltiger Strategien zur Bekämpfung von bakteriellen Krankheiten bei Nutzpflanzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The eINTACT system dissects bacterial exploitation of plant osmosignalling to enhance virulence. Nature Plants, 9(1), 128-141.
You, Yuan; Koczyk, Grzegorz; Nuc, Maria; Morbitzer, Robert; Holmes, Danalyn R.; von Roepenack-Lahaye, Edda; Hou, Shiji; Giudicatti, Axel; Gris, Carine; Manavella, Pablo A.; Noël, Laurent D.; Krajewski, Paweł & Lahaye, Thomas
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Novel eINTACT system dissects bacterial exploitation of plant osmosignaling to promote disease. The 33rd International Conference on Arabidopsis Research, Chiba, Japan. Poster Abstract
You, Y., Koczyk, G., Nuc, M., Morbitzer R., Holmes, D., Jiang, Z., Hou, S., Giudicatti, A., Gris, C., Manavella, P. A., Noël, L. D., Krajewskl, P. & Lahaye, T.
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The eINTACT method for studying nuclear changes in host plant cells targeted by bacterial effectors in native infection contexts. Nature Protocols, 18(11), 3173-3193.
You, Yuan & Jiang, Zhihao
