Molekulare Analyse des Arthrosporol-, Ascarosid- und Nährstoff-Signalprozesses während der Interaktion des nematodenfangenden Pilzes Duddingtonia flagrans mit Caenorhabditis elegans

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Fischer
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501904296

Das Leben auf der Erde zeichnet sich durch zahlreiche organismische Interaktionen aus, die oftmals durch evolutiv immer wieder angepaßte, ausgeklügelte Systeme charakterisiert sind. Im Falle von Pilzen kann eine Interaktion von symbiontischem über pathogenes Zusammenleben bis hin zu einer räuberischen Beziehung reichen. Wir untersuchen nematodenfangende, räuberische Pilze, die durch spezielle Fangstrukturen freilebende Nematoden anlocken, fangen, in die Fadenwürmer einwachsen und schließlich den gesamten Organismus besiedeln. Unser Modell ist Duddingtonia flagrans, der leicht kultiviert werden kann und klebrige Fangnetze bildet. Er hat außerdem ein sehr gutes Anwendungspotenzial zur biologischen Schädlingsbekämpfung, weil er widerstandsfähige Chlamydosporen bildet, die als „Inokulum“ z.B. in Böden verwendet werden könnten. Einer der ersten Schritte der Interaktion ist die pilzliche Wahrnehmung der Nematoden und die Einleitung der Fallenbildung. Da die Fallenbildung nur sinnvoll ist, wenn eine größere Anzahl an Nematoden vorhanden ist und wenn die Notwendigkeit zum Fangen von Nematoden gegeben ist, weil andere Nährstoffe versiegt sind, hat sich in dem Interaktionssystem ein interessantes Wechselspiel von niedermolekularen Substanzen entwickelt. Die Fallenbildung wird in Abwesenheit von Nematoden durch Sekundärmetabolite, Arthrosporole und 6-Methylsalicylsäure, unterdrückt. Die Pilze sind in der Lage Ascaroside – wichtige Nematodenmoleküle – und damit die Anwesenheit von Nematoden wahrzunehmen. Das führt dazu, dass die Bildung der pilzlichen, negativen Signalmoleküle gehemmt wird, was zur Falleninduktion führt. Das System ähnelt einem Quorum sensing Mechanismus, durch den die Nematodendichte bestimmt werden kann.In dem vorliegenden Forschungsantrag soll die Signalverarbeitung in D. flagrans untersucht werden. In Vorarbeiten haben wir bereits Hinweise erhalten, dass G-Proteine und G-Protein-gekoppelte Membranrezeptorproteine (GPCRs) an der Signalperzeption und -weiterleitung beteiligt sind, die die Nährstoffverfügbarkeit und die Nematodendichte integrieren. Diese Signalkaskaden sollen jetzt durch Gendeletions- und Überexpressionsexperimente aufgeklärt werden. Weiterhin soll die Hypothese getestet werden, ob eventuell ein pilzlicher Ascarosid-wahrnehmender GPCR durch horizontalen Gentransfer von einem Nematoden in der Evolution „übernommen“ wurde.Neben der Aufklärung der Signalkaskaden durch Gendeletions- und Überexpressionsversuche sowie die Herstellung von konstitutiv aktiven G-alpha Mutantenallelen soll auch die Interaktion der G-Proteine mit den GPCRs zeitlich und räumlich durch bimolekulare Flureszenzkomplementation (BiFC), Yeast-two-Hybrid Versuche und FRET analysiert werden.Schließlich sollen Zielgene der Signalkaskaden durch genomweite Transkriptomanalysen identifiziert und analysiert werden, um den Initiations- und den Morphogeneseprozess der Fallenbildung besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen