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Projekt
Molekulare Schalter und Netzwerke für die Regulation der phänotypischen Heterogenität in Sinorhizobium fredii NGR234
Antragsteller
Professor Dr. Wolfgang Streit
Fachliche Zuordnung
Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
Förderung
Förderung von 2012 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217398597
Obwohl phänotypische Heterogenität und Bistabilität in vielen Bakterien phänomenologisch beschrieben wurde, sind die molekularen Schalter und regulatorischen Netzwerke, die zu einer heterogenen Genexpression führen, bis dato kaum bekannt. In der ersten Förderphase haben wir die Grundlagen der phänotypischen Heterogenität im Gram-negativen und pflanzenassoziierten Modellorganismus Sinorhizobium fredii NGR234 beschrieben. Wir konnten zeigen, dass die Autoinducer(AI)-Synthasegene traI und ngrI unter Laborbedingungen heterogen exprimiert werden. Im Zuge dieser Arbeiten konnten wir zudem zeigen, dass der Wechsel zwischen heterogener zu homogener Expression von der verfügbaren AI-Konzentration abhing. Hierzu wurde die phänotypische Heterogenität im Hintergrund des Parentalstammes aber auch im Hintergrund von neu konstruierten traI- und ngrI-Mutanten in Gegenwart und Abwesenheit von AI analysiert. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass auch andere nicht primär über Quorum Sensing regulierte Gene heterogen exprimiert wurden, wie beispielsweise die Quorum Quenching Gene dlhR und qsdR1. Daneben ist es uns gelungen zu zeigen, dass phänotypische Heterogenität in der Rhizosphäre nur eine untergeordnete Rolle spielt. Pflanzliche Exsudate reduzierten die heterogene Expression deutlich und unabhängig von der Wirtspflanze. Octopin scheint diesbezüglich eine besondere Rolle zuzukommen. Aufgrund dieser Beobachtungen postulieren wir, dass zusätzliche Signalmoleküle an der Regulation der phänotypischen Heterogenität und zudem mehrere regulatorische Netzwerke in NGR234 daran beteiligt sind.Um diese regulatorischen Netzwerke aufzuklären, werden wir uns in der zweiten Projektphase damit beschäftigen, die molekularen Schalter und Netzwerkkomponenten zu identifizieren, die einen Beitrag zur phänotypischen Heterogenität in NGR234 leisten. Wir werden dabei insbesondere die Netzwerke analysieren, die zur heterogenen vs. homogenen Expression der traI und ngrI Gene sowie der AI-unabhängig exprimierten Gene dlhR und qsdR1 führen. Wir vermuten, dass gerade in NGR234 die Regulatoren ExpR, TraM, QseC sowie einige der LuxR Orphangene eine wichtige Rolle für die Regulation der Heterogenität spielen. Zur Aufklärung der Funktion der nichtuntersuchten Regulatoren werden wir Knockouts konstruieren und die Phänotypen dieser Mutanten mit Bezug zur Heterogenität analysieren. Parallel dazu werden wir RNA-seq Ansätze, ChiP-Sequenzierungstechnologien sowie Tn5-Mutagenese verwenden, um zusätzliche Regulatoren, die an diesen Netzwerken beteiligt sind, zu identifizieren. Darüber hinaus werden wir mit Doppelfusion der Frage nachgehen, inwieweit der Abbau und die Synthese der QS-Signalmoleküle in einer Zelle durchgeführt werden und ob diese räumlich/zeitlich getrennt voneinander stattfinden. Letztendlich wird dieser parallele Ansatz dazu führen, dass wir einen sehr detaillierten und tiefen Einblick in die regulatorischen Netzwerke erhalten, die zu phänotypischer Heterogenität in NGR234 führen.
DFG-Verfahren
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