Struktur, Biosynthese und ökologische Rolle von spezialisierten Lipiden in Tomaten

• Antragstellerin: Dr. Sarah Niehs
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516932270

Die Kutikula, die äußere Schicht bei Pflanzen, stellt eine schützende Barriere für Pflanzen-Schädlingsinteraktionen dar, inklusive landwirtschaftlich relevanten Pilzschädlingen. Neue Ansätze zur Reduzierung der pilzlichen Schädlingsbelastung werden benötigt, um den Einsatz von externen Fungiziden zu vermindern und verschiedenen Pflanzenspezien dazu zu verhelfen, sich gegen Infektionen besser zur Wehr zu setzen. Viele biosynthetische Kutikulagene sind bekannt dafür, die Anfälligkeit von Pflanzen gegenüber Schädlingen zu verändern. Die Zusammensetzung der Kutikula ist dynamisch; sie ändert sich aufgrund von pathogenem Stress durch z.B. Produktion von spezialisierten Lipiden. Im Vergleich zu konstitutiv metabolischen Kutikulawegen ist die Identität und Funktion von diesen spezialisierten Lipiden, welche aufgrund vom pathogenem Stress produziert werden, nicht ausreichend aufgeklärt. In unserem Labor haben wir kürzlich ein Kluster von biosynthetischen Genen gefunden, welches verantwortlich für die induzierbare Produktion von ungewöhnlichen Lipiden in Tomatenpflanzen ist (Falcarindiol). Unerwartet haben wir beobachtet, dass Mutanten in diesen Biosyntheseweg eine verbesserte Resistenz gegenüber nekrotrophe Schädlinge aufwiesen. Neben Falcarindiol weisen vorläufige Daten auf einen Komplex aus Molekülen hin, der von diesen Genen stammt. Die Identität dieser Verbindungen ist nicht bekannt ebenso wie ihre unerwartete Rolle im schützenden Phänotyp der Mutanten. In diesem Projekt werden wir die Entdeckung des schädlingsinduzierten Klusters von spezialisierten metabolischen Genen nutzen, um die komplette Gruppe an schädlings-anregbaren Metaboliten aufzuklären; dies beinhaltet mögliche amin-enthaltende Lipide, welche zuvor nicht aus Pflanzen bekannt waren. Parallel dazu werden wir zusätzliche Enzyme identifizieren, die mit der kürzlich entdeckten Acetylenase aus Tomaten zusammenarbeiten, als auch spezielle Transkriptionsfaktoren, die die Produktion der einzigartigen Lipide regulieren. Schließlich werden wir diese Lipide zum Ort der Biosynthese in planta zurückverfolgen, was essentiell ist, um ihre Rolle in Pflanzen-Schädlingsinteraktionen zu verstehen. Das langfristige Ziel dieses Projekts ist es, pflanzliche Lipidproduktion dahingehend zu verändern, dass die Anfälligkeit gegenüber pilzlichen Schädlingen verringert wird. Dies kann nicht nur eine erfolgreiche Alternative zu Fungiziden darstellen, sondern ist auch ein nachhaltiger Ansatz, indem Ernteausfall vermieden und Haltbarkeit von Essen verlängert wird.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Privatdozentin Elizabeth Sattely, Ph.D.