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Projekt
Die Rolle von Calcium-vermittelter Signalübertragung in Arabidopsis thaliana bei der Ausbildung von Haustorien durch den Oomyceten Hyaloperonospora arabidopsidis
Antragsteller
Professor Dr. Martin Parniske
Fachliche Zuordnung
Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Förderung
Förderung von 2008 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 49476430
Während der Arbuskulären Mycorrhiza (AM) Symbiose werden Pilze, die ihren Wirt mit Nährstoffen versorgen, in Pflanzenzellen beherbergt. Dies wird durch ein genetisches Programm ermöglicht, das für die Etablierung von Wurzelsymbiosen benötigt wird und unter den Angiospermen konserviert ist. Der Ursprung der AM lässt sich bis zu den frühesten Landpflanzen zurückdatieren; nur wenige Linien wie die Familie der Kreuzblütler haben die Fähigkeit verloren AM Symbiose auszubilden. Dieser Verlust korreliert mit der Abwesenheit einer großen Kohorte symbiosespezifischer Gene im Arabidopsis Genom. Überraschenderweise sind trotz dieser genomweiten Erosion, reliktartig einige wenige Symbiosegene, wie beispielsweise POLLUX, in Arabidopsis erhalten geblieben. POLLUX kodiert für einen Kationenkanal, welcher in Leguminosen für symbiose-assoziierte kernlokalisierte Calcium-Oszillationen (Calcium-spiking) benötigt wird, und somit wahrscheinlich eine essentielle Komponente der nukleären Calcium-spiking Maschinerie darstellt. Trotz detaillierter Mutantenanalysen in verschiedenen Arbeitsgruppen wurde bisher kein offensichtlicher Phänotyp für Atpollux Mutanten beschrieben. Deshalb sind die biologische Rolle und damit der evolutionäre Selektionsdruck der POLLUX im Arabidopsis Genom zurückhielt, weiterhin unklar. In Leguminosen sind pollux Mutanten in ihrer Fähigkeit der intrazellulären Beherbergung von symbiontischen Bakterien oder Pilzen gestört. Kürzlich haben wir entdeckt, dass POLLUX sowohl den reproduktiven Erfolg des biotrophen Oomyceten Hyaloperonospora arabidopsidis, als auch die Entwicklung oder Aufrechterhaltung dessen intrazellulärer Infektionsstrukturen, den sogenannten Haustorien, fördert. Dieses spannende Ergebnis liefert erstmalig Beweise für die lang gehegte Hypothese, dass für die Entwicklung sowohl symbiontischer als auch pathogener Infektionsstrukturen teilweise auf dieselben genetischen Komponenten im Wirtsorganismus zurückgegriffen wird. Die Beteiligung von POLLUX legt nahe, dass Calciumsignaturen auch bei der Interaktion zwischen H. arabidopsidis und Arabidopsis eine Rolle spielen. Wir beabsichtigen diese Signaturen während der Haustorienentwicklung in Arabidopsis zu analysieren. Unser Ziel ist es, in Zusammenarbeit mit der zentralen Calcium-Imaging Plattform des FOR964 aufzuklären, welche Rolle POLLUX bei der Erzeugung von Calciumsignaturen spielt. Außerdem werden wir die Relevanz putativer Decoder der Calciumsignaturen für die Haustorienentwicklung und die transkriptionelle Reprogrammierung der Wirtszelle untersuchen. Diese Ergebnisse werden dabei helfen, das genetische Programm zur Dekodierung nukleärer Calciumsignale weiter aufzuschlüsseln. Die Analyse POLLUX-spezifischer transkriptioneller Veränderungen könnte außerdem Erklärungen für den rätselhaften Befund liefern, dass ein Gen im Arabidopsis Genom behalten wird, welches keine andere sichtbare Aufgabe hat, als einen pathogenen Oomyceten bei der Infektion zu unterstützen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
