Die Rolle von Terpensynthasen bei der Abwehrreaktion von Medicago truncatula gegen Aphanomyces euteiches

• Antragstellerin: Professorin Dr. Bettina Hause
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451493782

Pflanzen als sessile Organismen interagieren mit einer Vielzahl von Organismen, darunter auch mit Pathogenen, wie z.B. mit dem Oomyzet Aphanomyces euteiches, der bei Leguminosen Wurzelfäule verursacht. Der frühe Kontakt von Medicago truncatula-Wurzeln mit den Zoosporen von A. euteiches führt zur Induktion der Expression von Genen, die für Terpensynthasen (TPS) kodieren. Unter ihnen wurde MtTPS10 als eine Multiprodukt-Sesquiterpen-Synthase identifiziert, die spezifisch in Wurzeln und nur bei Kontakt mit Zoosporen von Oomyceten exprimiert wird und Himachalol als Hauptkomponente produziert. MtTPS10-Produkte tragen zur Resistenz von M. truncatula-Wurzeln gegen A. euteiches bei, werden aber in planta modifiziert. Ein erster Kandidat für ein Enzym, das Himachalol umsetzt, wurde identifiziert und ist ein Cytochrom-P450-Enzym (CYP-A). Darüber hinaus zeigte die Analyse verschiedener Ökotypen von M. truncatula, dass es häufig eine Korrelation zwischen dem MtTPS10-Expressionsniveau und der Resistenz gegen A. euteiches gibt. Eine Ausnahme bildet die Linie 368, die resistent gegen A. euteiches ist, der aber die MtTPS10-Expression vollständig fehlt. Eine Transkriptom-Analyse zeigte die Expression einer bisher nicht charakterisierten Terpensynthase (MtTPS-X) in der Linie 368. In der Verlängerung des Projekts sollen die folgenden Hypothesen getestet werden: (i) MtTPS-X trägt zur Immunität der M. truncatula Linie 368 bei; (ii) transgene Expression von MtTPS10 und MtTPS-X erhöht die Resistenz von Kartoffelpflanzen gegen Phytophthora infestans; und (iii) CYP-A wandelt MtTPS10-Produkte in planta um. Es ist geplant, die Rolle von MtTPS-X in der Linie 368 bei der Abwehr von A. euteiches funktionell mittels transgener Ansätze nachzuweisen. Außerdem sollen MtTPS10 und MtTPS-X in Kartoffelpflanzen konstitutiv exprimiert und anschließend die pflanzliche Resistenz gegen P. infestans getestet werden. Darüber hinaus wird die Funktion von CYP-A bei der Umwandlung von Himachalol in Pflanzen durch die Charakterisierung von Mutanten analysiert werden. Es wird erwartet, dass diese Studien unser Verständnis der Rolle von TPS und ihrer Produkte bei der Abwehrreaktion von Wurzeln erheblich verbessern und nicht nur für eine mögliche Kontrolle von Oomyzeten-induzierten Wurzelkrankheiten, sondern generell für die Bekämpfung von durch Oomyceten ausgelösten Pflanzenkrankheiten von Bedeutung sein werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen