Signals between Verticillium and Arabidopsis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war die Identifizierung und Funktionsanalyse von Metaboliten, die während der Infektion zwischen A. thaliana und V. longisporum ausgetauscht werden. Das Projekt war zweigeteilt: die Identifizierung von pflanzlichen- und pilzlichen Metaboliten. Um metabolische Veränderungen in Blättern von Arabidopsis nach einer Infektion zu detektieren, wurde ein ‚Metabolite Fingerprinting„-Ansatz durchgeführt. Die mit dieser Methode ermittelten prominentesten Marker gehörten insbesondere dem Phenylpropanoid-Stoffwechselweg an. Durch die Quantifizierung der Phenylpropanoide anhand gerichteter Messungen konnte eine Anreicherung von Sinapoylglucose, Coniferin und diverser Lignane bereits in einem frühen Stadium der Infektion bestätigt werden. Weiterhin zeigte die Analyse verschiedener Mutanten dieses Stoffwechselweges einen deutlichen Einfluss von S-Lignin auf die Anfälligkeit von Arabidopsis gegenüber V. longisporum. Neben den Phenylpropanoiden wurde auch die Rolle von α-Hydroxy-Fettsäure-haltigen Suberin- und Sphingolipiden untersucht. Für Suberin konnte keine Beteiligung an der Infektion gezeigt werden. Um die funktionelle Bedeutung der α-Hydroxylierung in Fettsäuren von Sphingolipiden zu untersuchen, wurden Mutanten der Fettsäure- Hydroxylase-Gene (FAH1 und FAH2) in Arabidopsis analysiert. Ceramid- und Glycosylceramid-Profile der Doppelmutante zeigten eine starke Reduktion von Sphingolipiden mit α-hydroxylierten Fettsäuren und eine Anreicherung der Spezies ohne Hydroxygruppe. Zusätzlich konnte eine Erhöhung der Salicylsäure- und Salicylsäureglucosid-Gehalte in der Doppelmutante nachgewiesen werden. Dies korrelierte mit einer höheren Resistenz gegenüber Mehltau, während die Infektion mit Verticillium verstärkt war. Obwohl bei der Suche nach Pilzmetaboliten sieben von Verticillium hergestellte Substanzen in einer Xylem-ähnlichen Umgebung in vitro identifiziert wurden, konnte keiner dieser Marker im Apoplasten von infiziertem Raps oder Arabidopsis nachgewiesen werden. Ein Luciferase-basierter Test zum Nachweis der Infektion auf Erde, konnte nicht für die Analyse von reinen Substanzen in der Sterilkultur modifiziert werden. Im Gegensatz hierzu war die Identifizierung von infektions-relevanten Substanzen in planta sehr erfolgreich. Es konnten hierbei mehr als 20 Substanzen identifiziert werden, die in beiden Kreuzblütlern (unter anderem SA-Derivate und Oxylipine) angereichert wurden. Weiterhin konnten 45 Metaboliten charakterisiert werden, die sich ausschließlich im Raps anreicherten. Durch MS²-Experimente wurde die Biosynthese und der Abbau von Cyclobrassinin in Raps in Analogie zu Camalexin in Arabidopsis aufgeklärt. Fünf Markergruppen, die ausschließlich in der AWF gefunden wurden und sich von Fettsäuren ableiten, konnten hier zum ersten Mal im Zusammenhang mit einer Pflanze-Pathogen- Interaktion beschrieben werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
(2011) Phenylpropanoids and long chain fatty acid derivatives in the interaction of Arabidopsis thaiana and Verticillium longisporum. PhD thesis
Stefanie König
-
(2012) MarVis-Filter: Ranking, Filtering, Adduct and Isotope Correction of Mass Spectrometry Data. Journal of Biomedicine and Biotechnology, Article ID 263910
Kaever, A, Landesfeind M, Possienke M, Feussner K, Ivo Feussner I, Meinicke P
-
(2012) Signals and metabolic consequences during the interaction of Brassicaceae and Verticillium longisporum. PhD thesis
Mareike Possienke
-
(2012) The vascular pathogen Verticillium longisporum requires a jasmonic acid-independent 74 COI1 function in roots to elicit disease symptoms in Arabidopsis thaliana shoots. Plant Phys.
Ralhan A, Schöttle S, Thurow, C, Iven T, Feußner I, Polle A, Gatz C
-
(2012) Transcriptional activation and production of tryptophan-derived secondary metabolites in Arabidopsis roots contributes to the defense against the fungal vascular pathogen Verticillium longisporum. Mol Plant
Iven T, Konig S, Singh S, Braus-Stromeyer SA, Bischoff M, Tietze LF, Braus GH, Lipka V, Feussner F, Droge-Laser W
-
(2012) Verticillium longisporum infection affects the leaf apoplastic proteome, metabolome and cell wall properties in Arabidopsis thaliana. Plos One 2e31435
Floerl, S, Majcherczyk A, Possienke M, Feussner K, Tappe H, Gatz C, Feussner I, Kües U, Polle A
