Interaktionen im Wurzelhalsgallen-assoziierten bakteriellen Pathobiom: Koexistenz oder Konkurrenz?
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wurzelhalsgallenkrebs ist eine wichtige Pflanzenkrankheit, die bei zahlreichen Kulturpflanzen weltweit wirtschaftliche Verluste verursacht. Die Erreger dieser Krankheit sind tumorauslösende Bakterien, die zur Familie der Rhizobiaceae gehören und als tumorauslösende Agrobakterien bezeichnet werden. Diese phytopathogenen Bakterien tragen ein tumorinduzierendes (Ti) Plasmid, das für Pathogenität notwendig ist. Die Pathogenese dieser Bakterien umfasst eine genetische Transformation der Wirtspflanze und damit die Bildung einer ökologischen Nische (Tumoren oder Gallen), in der spezifische Metaboliten (d. h. Opine) produziert werden. Die Opine verschaffen dem Erreger zahlreiche kompetitive Vorteile, können aber auch von anderen Bakterien, die die Gallen besiedeln, genutzt werden. Im Mittelpunkt dieses Projekts stand der Wurzelhalsgallenkrebs des Rhododendrons, eine Krankheit, die in den letzten Jahrzehnten in Norddeutschland wiederholt aufgetreten ist. In einer diesem Projekt vorausgegangenen Studie, die ebenfalls von unserer Gruppe durchgeführt wurde, wurde die Ätiologie dieser Krankheit geklärt und neuartige Stämme von tumorauslösenden Rhizobium sp. entdeckt. In diesem Projekt wurden diese atypischen Rhizobium- Stämme weiter analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Stämme eine neue Art der Gattung Rhizobium darstellen, für die der Name Rhizobium rhododendri vorgeschlagen wurde. Darüber hinaus wurden wichtige Erkenntnisse über die Genomarchitektur und die Evolution von Chromiden und Plasmiden von R. rhododendri gewonnen. Die Ergebnisse tragen insbesondere zu einem besseren Verständnis der Evolution und Diversifizierung von Ti-Plasmiden bei. Darüber hinaus wurde in diesem Projekt das bakterielle Pathobiom, das mit Gallen (Gallobiom) an Rhododendron assoziiert ist, umfassend untersucht. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass R. rhododendri und die Gruppe der Agrobacterium spp., die hauptsächlich zur so genannten „rubi“-Klasse gehören, die vorherrschenden Mitglieder der bakteriellen Mikrobiota in Rhododendron-Gallen sind. Während die Ti-Plasmid-tragenden R. rhododendri-Stämme Erreger von Wurzelhalsgallenkrebs sind, waren die Stämme von Agrobacterium spp. nicht pathogen und tragen Gene für den Abbau von Opinen, was es diesen Bakterien ermöglicht, das Tumorgewebe effizient zu besiedeln. Insgesamt wurden die tumorauslösenden R. rhododendri und die nichtpathogenen opinabbauenden Agrobacterium spp. als die „Key Players“ innerhalb der bakteriellen Mikrobiota angesehen, die mit Tumoren an Rhododendron assoziiert sind. Die Ergebnisse der Gewächshausversuche zur Inokulation von Pflanzen zeigten, dass diese beiden Bakteriengruppen im Pathobiom von Rhododendrontumoren stabil koexistieren können. Mit anderen Worten, die Population des Erregers kann sich in der Multispezies-Gemeinschaft behaupten und wird nicht durch nicht-pathogene, opinabbauende Bakterien verdrängt, die im Gegensatz zum Erreger keine großen Fitnesskosten im Zusammenhang mit der Pathogenese haben. Die Intensität der Krankheit (Größe der Gallen) war jedoch geringer, wenn die Pflanzen mit diesen beiden Bakterien inokuliert wurden, im Vergleich zu Behandlungen, bei denen nur der Erreger inokuliert wurde. Obwohl der zugrundeliegende Mechanismus, der mit der verringerten Tumorgröße in Verbindung steht, noch untersucht werden muss, könnte das nichttumorigene Agrobacterium sp. ein vielversprechendes Biokontrollagens für Wurzelhalsgallenkrebs sein. Insgesamt bilden die erzielten Ergebnisse eine solide Grundlage für die weitere Erforschung der Epidemiologie und Ökologie des Wurzelhalsgallenkrebses sowie für die Entwicklung neuer und nachhaltigerer Strategien zur Bekämpfung der Krankheit.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A novel plant tumorigenic Rhizobium sp. associated with crown gall disease of rhododendron, as revealed through genomics. 6th Joint Conference of the DGHM & VAAM – 72nd Annual Meeting of the DGHM & Annual Meeting of the VAAM, Leipzig, Deutschland, Abstract Book.
Kuzmanović, N., Idczak, E., Wagner, S., Götz, M., Spröer, C., Bunk, B., Overmann, J. & Smalla, K.
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Bacterial community composition of crown gall tumors on rhododendron. FEMS Conference on Microbiology in association with Serbian Society of Microbiology : 30 June - 2 July 2022, Serbia ; Electronic Abstract Book.
Kuzmanović, N., Nesme, J., Spröer, C., Bunk, B., Overmann, J., Sørensen, S. & Smalla, K.
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Wurzelhalsgallenkrebs - Epidemiologie, Pathogendiagnostik, der Erreger und ihrer Plasmide. JKI Datenblätter - Pflanzenkrankheiten und Diagnose 2022 (1): 1-13
Kuzmanović, N. & Smalla, K.
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Diversity and Evolutionary History of Ti Plasmids of “tumorigenes” Clade of Rhizobium spp. and Their Differentiation from Other Ti and Ri Plasmids. Genome Biology and Evolution, 15(8).
Kuzmanović, Nemanja; Wolf, Jacqueline; Will, Sabine Eva; Smalla, Kornelia; diCenzo, George C. & Neumann-Schaal, Meina
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Genomics and taxonomy of the “tumorigenes” clade of the family Rhizobiaceae. 10th Congress of European Microbiologists (FEMS 2023), Hamburg, Germany, July 09-13.
Kuzmanović, N., diCenzo, G. C., Bunk, B., Spröer, C., Frühling, A., Neumann‐Schaal, M., Overmann, J. & Smalla, K.
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Genomics of the “tumorigenes” clade of the family Rhizobiaceae and description of Rhizobium rhododendri sp. nov.. MicrobiologyOpen, 12(2).
Kuzmanović, Nemanja; diCenzo, George C.; Bunk, Boyke; Spröer, Cathrin; Frühling, Anja; Neumann‐Schaal, Meina; Overmann, Jörg & Smalla, Kornelia
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Neue Einblicke in die Vielfalt der tumorauslösenden Agrobakterien. 63. Deutsche Pflanzenschutztagung: Pflanzenschutz morgen - Transformation durch Wissenschaft; 26. bis 29. September 2023
Kuzmanović, N., Idczak, E., Götz, M. & Smalla, K.
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Deciphering the Key Players of the Bacterial Microbiota Associated with Aerial Crown Gall Tumors on Rhododendron: Insights into the Gallobiome. Phytobiomes Journal, 8(3), 401-415.
Kuzmanović, Nemanja; Nesme, Joseph; Wolf, Jacqueline; Neumann-Schaal, Meina; Petersen, Jörn; Fernandez-Gnecco, Gabriela; Spröer, Cathrin; Bunk, Boyke; Overmann, Jörg; Sørensen, Søren Johannes; Idczak, Elke & Smalla, Kornelia
