Molekulare Funktionen von Klasse II Glycin-reichen Proteinen (GRPs) im pflanzlichen Parasitismus und in der pflanzlichen Immunität

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Albert
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492015347

Cuscuta spp. (Teufelszwirn) sind wurzel- und blattlose holoparasitäre Pflanzen, die Pflanzen infizieren indem sie sich um die Triebe wickeln. Mittels Haustorien dringen sie in das Sprossgewebe ein, verbinden sich mit dem Leitgewebe und entziehen dem Wirt Wasser, Nährstoffe und Kohlenhydrate. So schädigt der Teufelszwirn Wirtspflanzen und stellen neben anderen Phytopathogenen eine zusätzliche Bedrohung für Kulturpflanzen dar. Die Kulturtomate als eine Ausnahme, zeigt eine aktive Abwehr gegen Cuscuta reflexa, einschließlich Immunantworten wie die Induktion von Ethylen, reaktiven Sauerstoffspezies sowie einer Art Hypersensitivitätsreaktion (HR), die schließlich zu einer Resistenz der Tomate gegen C. reflexa führt. In früheren Arbeiten haben wir das „Leucine-rich repeat“ Rezeptorprotein Cuscuta Receptor 1 (CuRe1) als einen kritischen Bestandteil des Immunsystems von Tomaten identifiziert, um C. reflexa zu erkennen und die o.g. Abwehrreaktionen zu induzieren. Als Pathogen-assoziiertes molekulares Muster (PAMP) der parasitären Pflanze C. reflexa haben wir kürzlich ein Glycin-reiches Protein (CrGRP) von C. reflexa identifiziert, das sich in den Zellwänden des Parasiten befindet und in allen Geweben und Teilen von Cuscuta-Pflanzen vorhanden ist. CrGRP interagiert mit CuRe1 wobei ein 21 Aminosäuren langes Peptid, crip21 (cysteinreiches Peptid 21), ausreicht, um an CuRe1 zu binden und Tomaten-Immunantworten zu induzieren. Nach BLAST-Analysen können Homologe von CrGRPs in sämtlichen anderen Organismen (Mikroben, Arthropoden, Wirbeltieren) und anderen Pflanzen, auch in Tomaten, gefunden werden. Das Solanum lycopersicum GRP (SlGRP) - oder Slcrip21-Peptid konnte jedoch von Tomaten-CuRe1 nicht erkannt werden, da ein Aminosäurerest (Tyr 11) die Funktion von crip21 als Abwehrauslöser aufhebt. Die ursprüngliche Funktion von CrGRP und SlGRP ist unbekannt, und nach Literaturrecherche stellte sich heraus, dass im Allgemeinen nicht viel über die molekulare Funktion oder physiologische Rolle solcher GRPs und abgeleiteter Peptide in Pflanzen bekannt ist. In der vorgeschlagenen Arbeit möchten wir daher die folgenden Fragen beantworten: i) Welche Funktionen hat CrGRP für Cuscuta spp. und wie hängen diese mit der Anfälligkeit oder Resistenz von Wirten zusammen? ii) Welche physiologischen Rollen und molekularen Funktionen haben GRPs für (Wirts-)Pflanzen im Allgemeinen und während eines laufenden Infektionsprozesses durch Teufelszwirn? iii) Wie assoziieren GRPs mit anderen Proteinen oder (Zellwand-) Komponenten und ist dies für die Cuscuta-Wirt-Interaktion von Bedeutung? iv) Peptidmotive mit hoher Ähnlichkeit zu crip21 können in anderen parasitären Pflanzen, in Insekten oder in mikrobiellen Phytopathogenen gefunden werden - haben sie irgendeine Funktion als Auslöser oder Suppressor der pflanlichen Immunantwort? und v) Wie sind potenzielle Rezeptoren für crip21 unter den Solanaceae verteilt und wie effizient erkennen sie crip21-ähnliche Peptide von anderen Phytopathogenen?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Dr. Youssef Belkhadir