Untersuchungen zur RNA-Interferenz über Grenzen biologischer Reiche hinweg in der Gerste-Mehltau-Interaktion

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Panstruga
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433194101

Mehltaupilze sind obligat biotrophe Phytopathogene, die agronomisch relevant sind und in enge Beziehungen zu ihren Wirtspflanzen treten. Die Interaktion zwischen Gerste (Hordeum vulgare) und ihrem Mehltaupilz, Blumeria hordei, steht im Fokus unserer Forschungsarbeiten. In der zweiten Förderphase von FOR5116 werden wir auf den Resultaten aufbauen, die wir beim Studium der Kommunikation über extrazelluläre RNA zwischen Gerste und B. hordei während der ersten Förderperiode erhalten haben. Ein Schlüsselbefund ist die Entdeckung des Auftretens ortsspezifischer kleiner RNAs (sRNAs) in pilzlichen Hyphen und Haustorien, infizierter Epidermis der Gerste, einer angereicherten Vesikelfraktion der Epidermis, und extrazellulären Vesikeln. Außer kanonischen sRNAs der Wirtspflanze und des pilzlichen Pathogens haben wir unerwarteterweise auch eine Anreicherung spezifischer Fragmente von 5.8 ribosomaler RNA der Gerste in extrazellulären Vesikeln und infizierter Epidermis sowie spezieller Transfer-RNA-Fragmente von B. hordei in Haustorien entdeckt. Zusammenfassend deuten diese Befunde auf eine Überführung von sRNAs über Grenzen biologischer Reiche hinweg in der Gerste-Mehltau-Interaktion hin. In der zweiten Förderphase möchten wir die biologische Signifikanz dieser Ergebnisse untersuchen. Hierzu haben wir bereits ein umfangreicheres Experiment zur Erfassung der sRNAs initiiert, welches auch mRNA- und Degradom-Sequenzierungen beinhaltet, um mögliche Zielgene der sRNAs in beiden Interaktionspartnern zu identifizieren. Wir werden weiterhin selektierte sRNAs im Kontext der Interaktion überexprimieren und binden (mittels STTM-Technologie) und ihre Wirksamkeit zum Stummschalten von Genen mithilfe eines speziellen Reportersystems überprüfen. Ferner werden wir die Fähigkeit der gefundenen Transfer-RNA- und ribosomalen RNA-Fragmente, mit dem Prozess der Translation zu interferieren, untersuchen. Da robuste Marker für extrazelluläre Vesikel wichtig für zellbiologische Studien sind, werden wir eine fortgeschrittene Proteom-Analyse von angereicherten und gereinigten Fraktionen extrazellulärer Vesikel durchführen. Schließlich möchten wir die RNA-bindenden Proteine, die mit den von uns gefundenen sRNAs assoziiert sind, erkunden. Da Argonaut-Proteine hierfür offensichtliche Kandidaten sind, werden wir diese anreichern, z.B. mithilfe der neuartigen TraPR und AGO-APP-Ansätze. Wir werden auch die Untersuchung des RNase-artigen Effektorproteins BEC1015/CSEP0064 fortsetzen, welches ein Mitglied einer großen Superfamilie in B. hordei und ein vielversprechender Kandidat für sRNA-Bindung ist. Wir werden einerseits in gezielter Weise die in vitro RNA-Bindungskapazität dieses Effektorproteins testen. Andererseits werden wir fortgeschrittene CLIP-Methoden verwenden, um RNAs anzureichern, die in vivo an dieses Effektorprotein gebunden sind. Zusammengenommen versprechen diese experimentellen Ansätze, die Rolle des RNA-Transfers im Verlauf der Gerste-Mehltau-Interaktion weiter zu erhellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5116: “exRNA”: Kommunikation in der Wirtspflanzen-Mikroben-Interaktion durch extrazelluläre RNA