Identifizierung und funktionale Charakterisierung von Effektorkandidaten arbuskulärer Mycorrhizapilze

• Antragsteller: Dr. Andreas Brachmann; Professor Dr. Martin Parniske
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247417396

Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AM-Pilze) leben in obligater Symbiose mit der Mehrzahl aller Landpflanzen. Diese Symbiose ist morphologisch unverändert während der gesamten evolutionären Entwicklung des Pflanzenphylums zu finden. Eine AM-Pilzart kann dabei unterschiedliche Pflanzenarten infizieren und eine Pflanzenart kann von verschiedenen AM-Pilzen mykorriziert werden. Die Mechanismen der Pflanzeninfektion und -besiedelung scheinen daher erdgeschichtlich alt und konserviert innerhalb der AM-Pilze zu sein.Neuere Studien zeigen Gemeinsamkeiten während der Infektion bei pathogenen und symbiontischen Pflanzen-Mikroorganismen-Interaktionen auf. Während in den intensiv untersuchten pathogenen Systemen Effektorproteinen eine zentrale Rolle in diesem Prozess zugeordnet werden konnte, ist in symbiotischen Systemen dies auf einige wenige Beispiele beschränkt. Effektorproteine von Pathogenen unterdrücken entweder das pflanzliche Immunsystem, oder sie können von der Pflanzenzelle erkannt werden, was eine effektorgesteuerte Immunität einleitet. Wir stellen die Hypothese auf, dass Effektoren während des konservierten Prozesses der Etablierung der AM-Symbiose eine ähnliche Rolle spielen.Ausgehend von den Genomen zweier AM-Pilze (Rhizophagus irregularis und Rhizophagus clarus) haben wir mehr als 200 homologe Gene für potentielle Effektorproteine identifiziert. Auf Basis der Sequenzähnlichkeit wurden diese in konservierte (>90%) und weniger konservierte Kandidaten eingeteilt. In diesem Projekt werden wir uns auf die funktionelle Charakterisierung der am meisten konservierten potentiellen Effektoren konzentrieren, da sie am wahrscheinlichsten eine Rolle während des konservierten Prozesses der Etablierung der Symbiose spielen könnten. In einem ersten Schritt werden wir Kandidaten herausfiltern, die in heterologen Systemen sekretiert werden, eine Kernlokalisiation zeigen und Pathogenantworten unterdrücken. Diese Kandidaten werden wir in einem Lotus japonicus Wurzeltransformationssystem in Bezug auf ihren Effekt auf die AM-Symbiose weiter untersuchen. Eine Transkriptionsanalyse von Pflanzengenen während der AM-Symbiose dient der Identifizierung von zellulären Zielen der Effektoren. In einem weiteren Ansatz werden wir den Einfluss von Effektorproteinen in einem pathogenen System mit Hilfe der heterologen Expression in dem Oomyzeten-Pflanzenpathogen Phytophthora palmivora untersuchen.Diese Studie wird zu einem besseren Verständnis der molekularen Grundlagen symbiotischer Prozesse beitragen. Von speziellem Interesse sind dabei die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen pathogenen und symbiontischen Systemen. Effektorgene in Pathogenen unterliegen typischerweise einer Selektion auf Sequenzdiversifizierung, und es ist eine spannende Frage, welche evolutiven Kräfte auf Effektorgene von erdgeschichtlich sehr alten pilzlichen Symbionten eingewirkt haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen