Mikrobielle Wechselwirkungen auf den Blättern als Treiber für bakterielle Anpassungen

• Antragsteller: Matthew Agler, Ph.D.; Professor Gianni Panagiotou, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458884166

Die Blätter von Arabidopsis thaliana werden von verschiedenen mikrobiellen Gemeinschaften besiedelt, die aus Bakterien, Pilzen und anderen Eukaryoten bestehen. Insbesondere Bakterien sind häufig und vielfältig auf Blättern anzutreffen. Als Kommensals, Nützlinge oder hochangepasste Krankheitserreger können sie das Gleichgewicht zwischen Leben und Tod beeinträchtigen. Blattbakterien weisen auf Stammebene eine umfangreiche genetische Vielfalt auf, die eindeutige Konsequenzen für die Interaktion mit Pflanzen hat. Es wird allgemein angenommen, dass diese Diversität aus der Selektion des Wirts resultiert, aber wir haben beobachtet, dass Blattpilze und andere Eukaryoten die Bakterienvielfalt drastisch beeinflussen können, beispielsweise durch Manipulation der Wirtsabwehr. Ob und inwieweit Pilze die Bakterienvielfalt in Pflanzenpopulationen beeinflussen können und welche Auswirkungen dies auf die Wirte hat, ist unklar. Wir nehmen an, dass die bakterielle genetische Vielfalt sowohl von Wirten als auch von Wirt-Pilz-Wechselwirkungen geprägt ist, und wollen dies mit kombinierten experimentellen und bioinformatischen Ansätzen untersuchen. Zunächst werden wir einen metagenomischen Ansatz verwenden, um zu untersuchen, wie Bakterienstämme und -funktionen in der Natur in und zwischen zwei A. thaliana-Populationen mit sehr unterschiedlicher Blattabwehrchemie über 4 Jahre hinweg verteilt sind und wie diese Vielfalt mit der Pilzhäufigkeit korreliert. Als nächstes werden wir die für die Kolonisierung der beiden Wirte relevante Diversität untersuchen, indem wir den Wirten erlauben, Kolonisatoren auszuwählen und vergleichende Genomik verwenden, um die Wirtsauswahl von Merkmalen zu verstehen. Mit Hilfe der Genomdaten werden wir die Rolle der Selektion durch von aliphatischem Glucosinolat abgeleiteten Metaboliten untersuchen, die eine wichtige Blattabwehr von A. thaliana darstellen. Als nächstes werden wir gnotobiotische Systeme verwenden, um Diversitätsmuster zu untersuchen, die für den von Pilzen besiedelten Wirt relevant sind. Experimente werden untersuchen, wie Diversität und Redundanz den Einfluss des Wirts auf Interaktionen dämpfen können. Schließlich werden wir die Systeme verwenden, um zu untersuchen, wie bakterielle Merkmale, die für die Toleranz gegenüber Abwehrmetaboliten wichtig sind, von Pilzen ausgewählt werden können. Zusammen wird diese Arbeit einen großen Fortschritt beim Verständnis erzielen - ob und wie Interaktionen zwischen Bakterien und Eukaryoten zur bakteriellen Vielfalt in der Natur beitragen, die für die Gesundheit der Pflanze relevant ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen