Calcium-abhängige und -unabhängige Kontrolle der pflanzlichen Immunabwehr: Integration von Kinasesignaltransduktion und transkriptioneller Regulation durch Phosphorylierung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Justin Lee; Professorin Dr. Tina Romeis
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468855488

Die pflanzliche Immunabwehr ist ein Kontinuum induzierter Resistenzantworten, die sich von der lokalen Infektionsstelle bis ins systemische Gewebe ausbreiten. Dies kann durch effektorvermittelte Immunität und durch pflanzliche Autoimmunität weiter verstärkt werden. Die calcium-abhängige Proteinkinase (CDPK) CPK5 aus Arabidopsis thaliana ist ein hochaffiner Calciumsensor und stellt einen Knotenpunkt der pflanzlichen Immunantwort dar. An der Plasmamembran (PM) phosphoryliert CPK5 die NADPH-Oxidase RBOHD, was zur ROS-Produktion im Apoplasten führt. CPK5 phosphoryliert die Exocyst-Untereinheit EXO70B1 und moduliert darüber den PM Transport von Immunkomponenten. Die Tang- und Romeis-Labore zeigten zudem, dass aus der Vielzahl an CDPKs nur spezifisch CPK5 für die exo70B1-aktivierte Autoimmunität wichtig ist. Die CPK5-Signalkaskade vermittelt weiterhin systemische Resistenz über transkriptionelle Regulation der Transkriptionsfaktoren SARD1 und CAMTA3. Vergleichende in vivo-Phosphoproteom-Analysen identifizierten mehrere Proteine, darunter CAMTA3 und MAPK-Signalkaskadenkomponenten, als mögliche weitere Enzymsubstrate für CPK5. In Kollaboration konnte bestätigt werden, dass CPK5 CAMTA3 direkt phosphoryliert, und beide Proteine im Nukleus ko-lokalisieren. Das Lee Labor konnte zudem zeigen, dass CAMTA3 als negativer transkriptioneller Immunregulator wirkt, dessen Proteinstabilität und Lokalisation durch MAPK-Phosphorylierung reguliert wird. Übereinstimmend zeigten sowohl CPK5-Überexpressionspflanzen als auch exo70B1-Mutanten erhöhte Pathogenresistenz gegenüber Mehltau. Im Gegensatz dazu weist das dominante Allel camta3-3D (A855V) eine erhöhte Pathogenanfälligkeit auf. In diesem Antrag bündeln wir unsere Expertise, um folgende Punkte zu untersuchen:i) Einfluss von CPK5 auf den EXO70B-abhängigen Transport von Immunkomponenten an der Plasmamembran.ii) Duale Kontrolle des kernlokalisierten, negativen Immunregulator CAMTA3 durch dynamische Phosphorylierung mittels CPK5 und MAPKs. iii) Mechanistische Grundlage für CPK5-Proteinlokalisation und dessen Transport zwischen PM und Kern. iv) Gegenseitige Beeinflussung von CDPK- und MAPK-Signalwegen in der lokalen Signalinduktion bis zur langfristigen, systemischen Immunität.Durch die bereits ausgeprägte biochemische, molekulare und genetische Charakterisierung der genannten Immunkomponenten und die breite technische Expertise der Kollaborationspartner, von genetischen bis zu gezielten in vivo-Phosphoproteom-Analysen, bietet dieser Projektantrag eine herausragende Möglichkeit, die mechanistischen Grundlagen viel-diskutierter regulatorischer Prinzipien in der pflanzlichen (Immun)-Antwort zu identifizieren: das kontrollierte Zusammenspiel mehrerer Signalkaskaden (CDPK/MAPK-Signalwege), die dynamische Regulation mehrerer post-translationaler Modifikationen an einem gemeinsamen Schlüsselsubstrat (CAMTA3), und die Funktion subzellulärer (Re)-Lokalisation wichtiger Signalkomponenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dingzhong Tang