Effects of Verticillium factors on cell biology and development of Arabidopsis thaliana and Brassica napus roots
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Verticillium longisporum infiziert Brassicaceen über die Wurzeln und breitet sich über das Xylem systemisch in der Pflanze aus. Sobald der Pilz oberirdische Teile der Pflanze erreicht, verlässt er das Xylem und befällt unter Wechsel von biotropher zu nekrotropher Ernährungsweise das Blattgewebe. Symptome die durch Verticillium Infektionen hervorgerufen werden, sind Chlorophyll- Verlust der Gewebe, die in direktem Kontakt mit den Gefäßbündeln stehen und in späteren Phasen Chlorosen die das ganze Blatt betreffen. Der Infektionsverlauf von Verticillium longisporum wurde in der Literatur bereits detailliert für Brassica napus beschrieben, während Daten für den Infektions-Weg in der Modellpflanze Arabidopsis fehlten. Die Ziele unseres Projekts waren mikroskopische Untersuchungen des Verticillium longisporum Infektions-Wegs in Arabidopsis sowie Analysen der biologischen Rolle pathogen- induzierter Symptome. Das Eindringen und die Ausbreitung einer GFP-markierten Verticillium longisporum Linie wurde mittels Konfokaler Laser Scanning Mikroskopie in infiziertem Pflanzengewebe visualisiert. Die Analysen zeigten, das erfolgreiche V. longisporum Infektionen ausschließlich in Wurzelzonen stattfanden, die keine vollständig ausgebildete Endodermis aufweisen, wie z.B. an der Wurzelspitze oder im Bereich von Wurzelprimordien. Hyphen, die nach Eindringen über diese Zonen das Protoxylem erreichten, kolonisierten die Pflanze in akropetaler und basipetaler Richtung. Wir vermuteten, dass pathogen-induizierte Blattchlorosen ein Anzeichen verfrühter Blattseneszenz sind. Ergebnisse der Messungen von Cytokinin-Konzentrationen und Expressionsanalysen von Cytokininoxidasen deuten an, dass Verticillium möglicherweise durch Senken der Cytokininkonzentration aktiv Blattseneszenz auslöst. Seneszentes Blattgewebe stellt für den Pilz eine leicht verfügbare Nährstoffquelle dar. Wir postulierten, dass experimentelle Erhöhung der Cytokininkonzentrationen die pathogen-induzierte Symptomatik abmildern und die Ausbreitung des Pilzes hemmen würde. Wir überprüften diese Hypothese mittels pharmakologischer und genetischer Ansätze und konnten zeigen, dass Stabilisierung der Cytokininhomöostase in infizierten Pflanzen das Auftreten der pathogen-induzierten Seneszenz verhinderte und die pilzliche Proliferation verminderte. Mikroskopische Analysen der Chlorophyll-Verluste in der Nähe von Leitbündeln ergaben, dass dieses Phänomen durch Transdifferenzierung der chloroplastenreichen Bündelscheidezellen zu Xylem hervorgerufen wurde. Wir konnten zeigen, dass der zuvor bereits für die natürliche Xylementwicklung beschriebene NAC-Transkriptionsfaktor VND7 auch eine Schlüsselrolle für die de novo Xylem Bildung spielt. Wir nahmen an, dass Xylem als pflanzliche Antwort auf den Befall durch ein vaskuläres Pathogen neu gebildet wird, um Welke zu verhindern. Interessanterweise zeigten infizierte Wildtyp- Arabidopsis-Pflanzen eine höhere Trockenstress-Resistenz als nicht infizierte Pflanzen. Unterdrückung der Transdifferenzierung durch einen genetischen Ansatz führte zum Verlust der erhöhten Trockenstressresistenz infizierter Pflanzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010) Silencing of Vlaro2 for chorismate synthase revealed that the phytopathogen Verticillium longisporum induces the crosspathway control in the xylem. Appl Microbiol Biot 85: 1961-1976
Singh S, Braus-Stromeyer SA, Timpner C, Tran VT, Lohaus G, Reusche M, Knüfer J, Teichmann T, von Tiedemann A, Braus, GH
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(2011) Analyse der Verticillium longisporum induzierten Seneszenz und Transdifferenzierung in Arabidopsis thaliana. PhD Thesis
Michael Reusche
