Molekulare Basis der Kolonisierung des pflanzlichen Xylems durch pathogene Bakterien

• Antragsteller: Professor Dr. Wolf-Bernd Frommer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567816879

Diverse Bakteriengattungen infizieren das wassertransportierende Xylem von Pflanzen und verursachen erhebliche Ertragsverluste in Kulturpflanzen. Das Xylem zeichnet sich durch die hohen Flussraten als einzigartiger Lebensraum aus. Der Saft ist attraktiv für Krankheitserreger, da er viele Nährstoffe enthält; besonders niedrig sind aber Quellen für ATP-Produktion. Die Nische stellt Bakterien vor einzigartige Herausforderungen. Sie müssen in Hydathoden eindringen; Prozesse, die dort ablaufen, sind unbekannt. Anschließend infizieren sie Xylemgefäße und schwimmen stomauf; eine Herausforderung, da bakterielle Geschwindigkeiten ~10x niedriger sind als Xylemflussraten sind; dabei werden Quorum Sensing Faktoren verdünnt. Die Bakterien verankern sich dann über Adhäsine an Xylemwänden. Dies erfordert zeitlich perfekt abgestimmte Produktion von Sekretionssystemen, um Wirtszellen zu manipulieren, z.B. um Zugang zu Wirtsressourcen für ATP-Produktion zu erhalten und Wirtsimmunität zu beeinflussen. Bzgl. bestimmter Aspekte gibt es Daten für Ralstonia und Xylella, eine systematische Analyse der molekularen Prozesse in Bakterien und Wirt fehlt jedoch. Gegenstand dieses Projekts ist die Infektion des Reisxylems durch Xanthomonas oryzae pv. oryzae ((Xoo) Weissblättrigkeit (BB); in diesem Labor etabliert)) verursacht. Primäres Ziel des Projekts ist es, Schlüsselprozesse bei der Kolonisierung von Bakterien und Wirt mit (sub-)zellulärer Auflösung (tief im Reisblatt) umfassend zu charakterisieren. Dies wird durch bildgebende Ansätze, systematische Charakterisierung regulatorischer Netzwerke und Interferenz mit kritischen Funktionen erreicht. Wir stellen relevante vorläufige Daten und neuartige Werkzeuge zur Verfügung, unter anderem in planta Markierungs- und Bildgebungstechnologie, Einzelzell-Transkriptomik, kombiniert mit einer neuartigen Transkriptionsfaktor-Mapping-Technologie (MOAseq) für Xoo und Wirt, sowie Genom-Editierung von Faktoren, die für erfolgreiche Krankheitsetablierung notwendig sind. Wir beabsichtigen zu analysieren wie Xoo: (i) Hydathoden infiziert; (ii) planktonische im Xylem wandert (Besiedlungsmuster deuten auf Bewegungen nachts oder während Kavitation hin); (iii) Verankerung, T3S-Induktion und Effektorinjektion, Quorum Sensing (Adhäsine und T3S interagieren mit Wirtszellen, trotz verstärkter Zellwände und hydrophober Oberflächenbeschichtung; dünne Wirtszellwände an den ‚Pits‘ könnten Andocken von T3S ermöglichen, Effektorinjektion, Saccharosefreisetzung und Wirtsverteidigung); (iv) nachfolgende Produktion von extrazellulären Polysacchariden (EPS; reduzierte Verdünnung von Quorum Sensing Faktoren im Biofilm), Filamentierung; (v) Penetration von Wirtszellen und Ausbreitung (unbekannte Mechanismen für Zelleintritt, Zellverlängerung, Filamentierung und Septation). Es wird erwartet, dass die Ergebnisse zur Entwicklung neuer genetischer Strategien zum Schutz vor BB und anderen Xylem- Krankheiten führen können.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte