Sporen-spezifische Kommunikation des pathogenen Pilzes Colletotrichum graminicola während der Keimung, frühen Koloniebildung und Maisinfektion

• Antragstellerin: Dr. Daniela Elisabeth Nordzieke
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447175909

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden vermehrt durch Schadpilze verursachte Ausbrüche von Pflanzenkrankheiten festgestellt. Besonders bedenklich sind hierbei Krankheiten, die Hauptnahrungsmittelpflanzen wie Mais, Weizen, Reis und Kartoffeln befallen. Colletotrichum graminicola ist der Erreger der Brennfleckenkrankheit auf Mais, wobei spezifische Verhaltensweisen zweier infektiöser Pilzsporentypen die Krankheitsentwicklung steuern. Sichelkonidien sekretieren an ihrem Bildungsort, der Oberfläche von infizierten Maispflanzen, Mycosporin-Derviate. Diese Signalstoffe regulieren die Keimung der Sichelkonidien zellzahl- und nährstoffabhängig. Im Gegensatz dazu sekretieren ovale Konidien, gebildet innerhalb des vaskulären Systems der Wirtspflanze, einen bisher unbekannten Signalstoff für die vegetative Zellfusion. Die Sekretion beider Signalstoffe ist dabei Sporentyp-spezifisch und bestimmt darüber hinaus das Pathogenitätsverhalten des entsprechenden Konidientyps. In dem hier beantragten Projekt sollen die Sporen-spezifischen Signalstoffe detailliert untersucht werden. Mycosporine sind Naturstoffe, die u. a. Schutzfunktionen gegenüber UV-Strahlung, oxidativem und osmotischem Stress vermitteln. Um die Rolle von Mycosporinen im Lebens- und Pathogenitätszyklus von C. graminicola aufzuklären, werden wir zunächst untersuchen, ob die Bildung bestimmter Mycosporin-Derivate durch äußere Einflüsse induziert wird. Im Anschluss daran soll die Mycosporin-Biosynthese in C. graminicola aufgeklärt werden. Wie wir in Vorarbeiten zeigen konnten, werden homologe Gene zentraler Mycosporin-Biosynthesegene aus Cyanobakterien in C. graminicola Gewebe-spezifisch exprimiert. Des Weiteren konnte durch erste in silico Analysen ein putatives Mycosporin-Biosynthesecluster identifiziert werden. Durch gezielte, gewebespezifische RNAseq Analysen gekoppelt mit genetischen und phänotypischen Untersuchungen von Deletionsmutanten werden wir in der Lage sein, sowohl Biosynthesewege von Mycosporinen in C. graminicola aufzuklären als auch Kenntnisse über deren Funktion als mögliche Virulenzfaktoren zu erhalten. Die vegetative Fusion von Pilzzellen ist ein zentraler Prozess filamentöser Ascomyzeten und gewährleistet optimale Nährstoffverteilung im Myzel, Koordination von Entwicklungsprozessen und Koloniewachstum. Während der Ausbildung derselben führt ein ‚zellulärer Dialog‘ der beteiligten Fusionspartner zu gerichtetem Wachstum der Pilzzellen zueinander. Welches Signal dieses Wachstum auslöst, ist bisher unbekannt. In unseren Vorarbeiten konnten wir einen Versuchsablauf etablieren, der sowohl die gezielte Signalherstellung und dessen Isolierung als auch eine Aktivitätsanalyse erlaubt. In Kombination mit chemisch-analytischen Verfahren sowie genetischen und phänotypischen Analysen von Deletionsmutanten wird uns dies in die Lage versetzen, das Fusionssignal aus gebildetem Sporensekretom der ovalen Konidien zu isolieren und seine Rolle während der Pflanzeninfektion zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen