Aufklärung des pilzlichen Immunsystems: Analyse der globalen Genregulation vermittelt durch das mRNA-bindende Protein CSX1 in virusinfiziertem Fusarium graminearum.
Biochemie
Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Fusarium graminearum Fd1 ist die zentrale Komponente eines neuartigen Abwehrmechanismus, der durch die Präsenz viraler Elizitoren initiiert wird und darauf abzielt, die Ausbreitung des Virus in einer Kolonie und im Feld zu verringern. Meine Ergebnisse zeigen deutlich auf, dass es sich hierbei um eine aktive, pilzliche Abwehrreaktion handelt. Erste, vielversprechende Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass es sich womöglich um einen über die Grenzen der Reiche konservierten Mechanismus handeln könnte. Dieser Aspekt ist auch in Bezug auf (ko-)evolutionsbiologische Fragestellungen sehr interessant. Die Erforschung organismischer Interaktionen und die Identifizierung spezifischer Abwehrmechanismen sind hochaktuelle Forschungsgebiete und von höchster ökonomischer Relevanz in Zeiten des Klimawandels und einer absehbar zunehmenden Nahrungsmittelknappheit einer wachsenden Weltbevölkerung. Darüber hinaus bieten die weitreichenden biochemischen Veränderungen im Zuge einer Virusinfektion interessante Ansatzpunkte für biotechnologische Anwendungen. Die funktionelle Charakterisierung differentiell aktivierter Enzyme wird Aufschluss geben über Substraterkennung und -metabolismus. Des Weiteren birgt die Analyse differentiell synthetisierter Sekundärmetabolite großes biochemisches Potential. Fusarium graminearum eignet sich dank seines riesigen Arsenals an Sekundärmetabolit-Genclustern hervorragend für Studien zur funktionellen Evolution dieser Stoffe und der Enzyme, die zu ihrer Biosynthese beitragen. Im Rahmen meines Forschungsaufenthalts in den U.S.A. konnten wichtige Komponenten der pilzlichen Virusabwehr aufgeklärt werden: Die Virusinfektion des Wildtypen und die Deletion von fd1 zeitigen im Wesentlichen identische transkriptionelle Konsequenzen. - Das Transkriptprofil der Überexpressionsmutanten liefert Hinweise zu möglichen Mediatoren der Virustoleranz (VITA-Gene). - Fd1 bindet mRNA und reguliert durch seine mutmaßliche Lokalisierung im Translationsinitiationskomplex die globale Genexpression. - Die Ausbildung von Anastomosen und damit die Ausbreitung des Virus wird über die Pilzgesteuerte Runterregulation von fd1 effizient reduziert. - Die Abwehrreaktion, inkl. der Runterregulation von fd1, ist durch die heterologe Expression eines viralen Hüllproteins induzierbar. Die Ergebnisse liefern nicht nur wertvolle Einsichten in pilzliche Abwehrstrategien, sie ebnen auch den Weg für eine Reihe neuer Experimente. Lohnend ist beispielsweise die Identifizierung möglicher Interaktionspartner von Fd1 mit dem Ziel das regulatorische Netzwerk aufzuklären, das dem Abwehrmechanismus zugrunde liegt. Des Weitern könnten posttranslationale Modifikationen von Fd1 mittels ortsspezifischer Mutagenese untersucht werden mit dem Ziel, die Bedeutung einzelner Modifikationsereignisse auf die Effektivität des Abwehrmechanismus zu ergründen. Ein zentraler Aspekt der fd1-vermittelten Virusabwehr ist die Regulation des fd1 Promoters. Daher plane ich Untersuchungen zur fd1-Promoterregulation. Ziel dieser Experimente ist es, Transkriptionsfaktoren zu identifizieren, die für die fd1-Genregulation im Rahmen des Abwehrmechanismus verantwortlich sind. Nachdem im Rahmen des nun geförderten Projekts die mRNA-Bindefähigkeit von Fd1 bewiesen werden konnte, könnte nun versucht werden die an Fd1 gebundenen mRNAs mittels RIP-seq zu identifizieren mit dem Ziel, bestimmte Subspezies von Transkripten zu finden, die im Abwehrmechanismus eine Rolle spielen. Die RNA-Sequenzierung der virustoleranten Überexpressionsmutante führte zur Identifizierung von VITA-Genen. Die funktionelle Charakterisierung dieser VITA-Gene mit dem Ziel deren Funktion in der Vermittlung des Virustoleranzphänotyps zu bestimmen sind laufende Arbeiten.
