Detektion von phytopathogenen Xanthomonaden über einen neuartigen Erkennungsmechanismus in Arabidopsis thaliana
Genetik und Genomik der Pflanzen
Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bakterien des Genus Xanthomonas sind zerstörerische Pathogene für verschiedene Kulturpflanzen. In Vorarbeiten fanden wir, dass eine von Xanthomonaden sekretierte Protease in der Modellpflanze Arabidopsis Immunantworten auslöst, die zu einer erhöhten Resistenz dieser Pflanzen führen. Arabidopsiszellen detektieren dabei dieses Bakterienprotein in indirekter Weise über seine spezifische Proteaseaktivität. Im Rahmen dieses Projekts konnten wir diesen Erkennungsmechanismus aufklären und zeigen, dass die bakterielle Protease, eine Subtilase genannt SLPA-X, aus einem von Pflanzenzellen sekretierten Protein ein kleines Polypeptid herausschneidet, das dann in den Pflanzenzellen die typischen Abwehrantworten auslöst. Ausgehend von etwa 10 kg Pflanzenzellen und einigen mg gereingter SLPA-X Protease gelang es, das aktive Immunsignal über eine Reihe von Chromatographieschritten zu reinigen und schlussendlich zu identifizieren. Dieser Pflanzenfaktor, hier SAMP für ´subtilase activated molecular pattern´ genannt, ist ein durch eine Cys-Cys-Brücke zusammengehaltenes Dipeptid. SLPA-X aktiviert SAMP durch proteolytische Schnitte an mindestens 2 Stellen des Pro-SAMP Substratproteins. Posttranslationale Modifizierungen, namentlich variable Hydroxylierungen und Glycosylierungen, erschwerten die Identifizierung von SAMP, sind aber für die immunogene Aktivität nicht essentiell. Synthetisch hergestelltes, nicht modifiziertes, Dipeptid zeigt ebenfalls eine immunogene Aktivität im subnanomolaren Bereich, nicht jedoch nach Reduzierung der Cys-Cys-Brücke. Das Pro-SAMP Protein gehört zu einer Familie von kleinen, sekretierten, Proteinen in Arabidopsis, die sich jedoch in den von SLPA-X geschnittenen Aktivierungsstellen unterscheiden. Diese Proteine könnten als aktivierbare Pro- SAMPs für Proteasen mit anderen proteolytischen Spezifitäten dienen. Ähnlich wie SLPA-X, zeigten sekretierte Proteasen aus einigen anderen phytopathogenen Bakterien und Pilzen immunogene Wirkung auf Arabidopsiszellen, doch konnten diese Proteasen das von SLPA-X aktivierte Pro-SAMP nicht aktivieren. Diese Resultate führen zu einer neuen Hypothese wonach die von Arabidopsis sekretierten Proteine als ´Köder´ für Proteasen von verschiedenen Pathogenen dienen. Die proteolytisch aktivierten Signale (SAMPs) verraten so die Präsenz der Pathogene und ermöglichen eine wirksame Immunantwort der Wirtspflanze.
