Die Rolle von Terpensynthasen bei der Abwehrreaktion von Medicago truncatula gegen Aphanomyces euteiches
Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen interagieren mit einer Vielzahl von Organismen, darunter Pathogene wie Aphanomyces euteiches, der Verursacher von Wurzelfäule bei Leguminosen. Der frühe Kontakt der Wurzeln von Medicago truncatula mit Zoosporen von A. euteiches führt zu einer verstärkten Expression von Genen, die Terpensynthasen (TPSs) codieren. Unter diesen wurde MtTPS10 als eine Multiprodukt-Sesquiterpensynthase identifiziert, die in Wurzeln ausschließlich nach Kontakt mit Oomyceten-Zoosporen exprimiert wird. Produkte von MtTPS10, wie das Hauptprodukt Himachalol, tragen zur Resistenz der Wurzeln von M. truncatula gegen A. euteiches bei, werden jedoch in planta modifiziert. Daher wurde die Funktion eines zuvor identifizierten Cytochrom P450-Enzyms (CYP-A) bei der Umwandlung von Himachalol untersucht. Die Ko-Kultivierung von Hefestämmen, die MtTPS10 und CYP-A exprimieren, führte zur Bildung oxidierter Sesquiterpene; die Analyse ihrer Funktion in planta unter Verwendung von cyp-a-Mutanten steht jedoch noch aus. In den Vorarbeiten wurde eine bisher nicht-charakterisierte TPS, MtTPS25, in einem der M. truncatula-Ökotypen (Linie 368) identifiziert. Diese Linie ist resistent gegenüber A. euteiches, eine Induktion der MtTPS10 lässt sich nicht nachweisen. Die Expression von MtTPS25 wurde im Vergleich zu MtTPS10 detailliert untersucht, unter anderem durch Promotor-Austausch-Experimente (Referenzlinie Jemalong A17 und Linie 368). Silencing von MtTPS25 mittels RNAi in transient transformierten Wurzeln der Linie 368 führte zu verringerten MtTPS25-Transkriptmengen, einer verminderten Emission des Hauptprodukts α-Copaen und zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber A. euteiches. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass MtTPS25 zur Immunität der M. truncatula-Linie 368 beiträgt. Um zu prüfen, ob die transgene Expression von MtTPS10 oder MtTPS25 die Resistenz von Kartoffelpflanzen gegenüber Phytophthora infestans erhöht, wurden beide Gene konstitutiv in stabil transformierten Kartoffelpflanzen exprimiert. Phänotypische Analysen zeigten, dass sich die transgenen Linien unter Standardwachstumsbedingungen nicht von Wildtyp- oder Leervektor-Kontrollen unterschieden, jedoch zusätzliche Sesquiterpene emittierten. In MtTPS10-exprimierenden Linien wurde ein Sesquiterpenalkohol nachgewiesen, der in Wildtyp-Pflanzen nicht vorkam. MtTPS25-exprimierende Linien produzierten mehrere zusätzliche Sesquiterpenoide. Überraschenderweise führte die Überexpression von MtTPS25 zu einer stärkeren Anreicherung von P. infestans-Biomasse im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen, wohingegen die Überexpression von MtTPS10 die P. infestans-Biomasse verringerte. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Überexpression von TPSs ein vielversprechender Ansatz zur Steigerung der Sekundärmetabolitproduktion in Pflanzen ist und dass die transgene Expression von MtTPS10 die Resistenz von Kartoffeln gegenüber P. infestans erhöht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Botanik-Tagung, 15.-19.09.2024, Halle, Germany, Selected oral presentation: “Dissecting gene metabolite relationship in the Medicago truncatula terpenome after Aphanomyces euteiches infection”
Esther A. Harding
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International Plant Immunity Conference (IPIS 2024) 26.-28.08.2024, Goettingen, Germany, Poster presentation: “Root terpenoids, the hidden part of plant defense in the case of Medicago truncatula and Aphanomyces euteiches”
Esther A. Harding
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IS-MPMI Congress, 13.-17.07.2025, Cologne, Germany, Poster presentation: “Dissecting gene metabolite relationship in the Medicago truncatula terpenome after Aphanomyces euteiches infection”
Esther A. Harding
