Eliminierung des phytotoxischen Sekretoms zur Aufklärung der nekrotrophen Pathogenese von Botrytis cinerea

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Hahn; Dr. David Scheuring
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497740939

Botrytis cinerea ist einer der wirtschaftlich bedeutendsten Schadpilze weltweit, er verursacht an vielen Kulturpflanzen große Schäden durch Fäulnis vor und nach der Ernte. Beim Eindringen in die Pflanze sekretiert der Pilz eine komplexe Mischung von lytischen Enzymen und phytotoxischen Proteinen und Metaboliten, womit er ein rasches Absterben der Wirtszellen bewirkt. Um diesen Schlüsselmechanismus der Infektion dieses nekrotrophen Pilzes besser zu verstehen, verfolgen wir einen subtraktiven genetischen Ansatz, bei dem wir durch serielle Mutagenese, sukzessive sämtliche Zelltod-induzierende Proteine („cell death inducing proteins“: CDIPs) und Metabolite eliminieren. Hierzu haben wir eine effektive CRISPR/Cas Methode etabliert, mit der innerhalb kurzer Zeit multiple Mutanten erzeugt werden können. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass die bekannten CDIPs, die von B. cinerea sekretiert werden, einzeln nur geringe Auswirkungen auf die Infektion zeigen. Um die hohe Redundanz der phytotoxischen Substanzen experimentell zu erfassen, soll die noch unbekannte Zahl an verbliebenen CDIPs identifiziert und ihre Rolle in verschiedenen Stadien der Infektion durch die Untersuchung von Einfach-und Mehrfachmutanten untersucht werden. Um die Mechanismen der CDIP-Aktivitäten zu verstehen, sollen entsprechende Rezeptoren oder anderepflanzliche Ziele identifiziert werden. Für mehrere pilzliche CDIPs wurde gezeigt, dass sie durch spezifische Rezeptoren an der pflanzlichen Zelloberfläche („pattern recognition receptors“; PRRs) erkannt werden und eine, als als PTI („PAMP-triggered immunity“) bezeichnete, Pflanzenabwehr auslösen. Botrytis kann diese Abwehr missbrauchen und damit den pflanzlichen Zelltod induzieren. Deshalb wollen wir erforschen, wie sich Botrytis mit Hilfe der sekretierten CDIPs die Aktivierung der PTI zunutze macht ohne dabei von der Pflanzenabwehr gestoppt zu werden. Zur Identifizierung der CDIP-Rezeptoren, werden Screenings mit Arabidopsis PRR Mutanten und mit Ökotypen von Arabidopsis und Tomaten durchgeführt, die sich in ihrer PRR-Ausstattung voneinander unterscheiden. Das Verständnis der Rezeptor-Liganden Interaktion wird dabei helfen, den Mechanismus der Zelltod-Induktion durch Botrytis aufzuklären und Hinweise auf das breite Wirtsspektrum zu liefern. Wir sind überzeugt, dass das geplante Projekt wichtige Erkenntnisse zu einem zentralen Aspekt der mikrobiellen Pathogenese erbringen wird, und den Weg bereitet zu einem umfassenden Verständnis der nekrotrophen Lebensweise von B. cinerea.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Thorsten Nürnberger