Leben außerhalb der Wurzeln: Einsatz von RNA-seq und Proteomics zur Untersuchung der Mechanismen des AMF-Wachstums im Boden und deren Förderung der Bodenqualität
Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) sind wichtige Symbionten von Pflanzen, die mineralische Nährstoffe liefern und verschiedene ökologische Dienstleistungen erbringen. Allerdings ist das metabolische Wachstum ihrer Hyphen außerhalb der Wirtspflanzenwurzeln noch weitgehend unbekannt. Dieses Projekt zielte darauf ab, den Stoffwechsel von Rhizophagus irregularis und Acaulospora longula in künstlichen Bodenumgebungen zu erforschen. Bedeutende methodologische Herausforderungen, wie geringe Pilzbiomasse, behinderten umfassende molekulare Analysen. In unserem ersten (ursprünglich vorgeschlagenen) Experiment beobachteten wir AMF-Hyphen in den Proben, erhielten jedoch nur geringe Mengen an RNA und Proteinen, wahrscheinlich aufgrund der Bindung an die künstlichen Bodentone und Zellulose. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, optimierten wir unsere Methoden und entwarfen neue Experimente, einschließlich in vitro Kulturen, um die Pilzbiomasse zu erhöhen und die analytischen Bedingungen zu verbessern. Ursprünglich planten wir ein einziges Experiment mit künstlichen Böden, aber aufgrund unvorhergesehener Herausforderungen erweiterten wir die Studie auf insgesamt neun Experimente. Während Experimente in Bodensystemen begrenzte Transkript- und Proteindaten lieferten, zeigten In-vitro-Kulturen eine signifikante Anzahl exprimierter Proteine. Die Bodenexperimente zeigten durch Eisenoxide beeinflusste Proteomveränderungen, was auf eine erhöhte Expression von Genen im Zusammenhang mit Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel hinweist. Das in vitro Kulturexperiment identifizierte über 917 Proteine, die mit dem Hyphenwachstum verbunden sind, und stellte damit das bislang umfangreichste AMF-Proteom dar. Auch die Anwesenheit des Tons Kaolinit veränderte die Expression von Proteinen, darunter viele mit unbekannten Funktionen. Derzeit exprimieren und charakterisieren wir einige dieser Proteine, um ihre Struktur und potenziellen Rollen besser zu verstehen. Trotz der Schwierigkeiten im Projekt leistete unsere Forschung bedeutende Beiträge durch das Testen verschiedener Wachstumssysteme, die Optimierung analytischer Techniken und die Präsentation des bislang umfangreichsten AMF-Proteoms. Unsere Ergebnisse hoben die Komplexität des Zugangs zu AMF-Transkripten und -Proteomen hervor und betonten die Notwendigkeit künftiger Fortschritte bei methodischen Werkzeugen. Gleichzeitig hat dieses Projekt unser Verständnis des AMF-Stoffwechsels erweitert und wertvolle Einblicke in das proteomische Profil dieser Pilze in Reaktion auf Bodenelemente geliefert.
