Translationskontrolle der Pathogen-regulierten Genexpression in der Arabidopsis Wurzel: genomweite und genspezifische Ansätze

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Dröge-Laser
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465909381

Pflanzen reagieren mit einer Vielzahl von Antworten auf Pathogenbefall, die durch sehr unterschiedliche Mechanismen reguliert werden. Die Bedeutung der Translationskontrolle im Rahmen der M/PAMP (Microbe/Pathogen Associated Molecular Pattern) stimulierten Immunität wurde durch eine kürzlich erschienene genomweite Analyse im Blatt herausgearbeitet. Hier konnten uORFs (upstream open reading frames) und R–Motive (reich an Purinen) als regulatorische Elemente der mRNA in der M/PAMP-abhängigen Translationskontrolle identifiziert werden. In unserer Arbeitsgruppe wurde mittels RNA Sequenzierung bzw. TRAPseq (Translating Ribosome Affinity Purification and RNA Sequencing) gemomweit die Transkriptions- bzw. Translationskontrolle in der Wurzel nach Infektion mit dem vaskulären, pilzlichen Pathogen Verticillium longisporum untersucht. Wie in Blättern, war auch in der infizierten Wurzeln nur eine geringe Korrelation zwischen Transkription und Translation zu beobachten. Da zu diesem Thema bisher keine publizierten Daten verfügbar sind, fokussiert dieses Projekt auf die regulatorischen Mechanismen und die funktionale Bedeutung der Translationskontrolle in der infizierten Wurzel. (1) In einem „proof-of-concept“ Ansatz soll die Pathogen-abhängige Translationskontrolle an ausgewählten Kandidatengenen untersucht werden, die translational (aber nicht transkriptional) induziert werden und im Fokus der Arbeitsgruppe stehen. SnRK1.α1 kodiert für die katalytische Untereinheit von SnRK1 (Snf1 RELATED PROTEIN KINASE1), einer evolutionär konservierten, zentralen Kinase des Energie- und Ressourcen-Haushaltes der Pflanze. BZIP1 (BASIC LEUCINE ZIPPER1) ist ein SnRK1-abhängiger Transkriptionsfaktor. Da Pathogenabwehr einen stark energieabhängigen Prozess darstellt, wäre die Bedeutung dieser Signalkomponenten an der Pathogenabwehr naheliegend, konnte aber bisher nicht gezeigt werden. In diesem Projekt soll die Beteiligung von SnRK1 und bZIP1 an der Pathogenabwehr, ihre Kontrolle auf Ebene der Translation und – mittels durch „gene editing“ generierter Mutanten - die funktionale Bedeutung der Translations-kontrollierenden mRNA-Motive (wie z.B. uORFs) in vivo untersucht werden. (2) In einer genomweiten Analyse soll der vorhandene Transkriptom - Translatom Datensatz erweitert und durch Ribo-seq (ribosome footprint sequencing) ergänzt werden, um mittels bioinformatischer Methoden neue Kandidatenmotive der Translationskontrolle zu identifizieren. Die Funktion dieser Motive wird mittels „gain- und loss-of-function“ Ansätzen getestet. Zusammenfassend gibt das Projekt Einblick in die Kontrolle der pflanzlichen Energie-Homöostase nach Pathogenbefall und erweitert das mechanistische Verständnis der Pathogen-regulierten Genexpression in der Wurzel. Die zu erwarteten Ergebnisse können ebenfalls einen Beitrag zu Erarbeitung neuer Strategien des Pflanzenschutzes liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen