Die Rolle des multi-KH-Domänen mRNA-Regulators Khd4 während der pathogenen Entwicklung von Ustilago maydis

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Feldbrügge
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539119480

Pathogene Pilze verursachen schwere Krankheiten und verringern Ernteerträge erheblich. Um Pilze zu bekämpfen, müssen wir ihre Infektionsstrategie aufdecken. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte beim Verständnis der Invasion des Wirts durch pilzliche Effektorproteine erzielt, welche der Pflanzenabwehr entgegenwirken und den Stoffwechsel des Wirts verändern, um die Vermehrung des Pathogens zu unterstützen. Dieses ausgeklügelte pathogene Programm wird auf der Ebene der Genexpression intensiv reguliert und hängt von komplexem Membranverkehr wie der Proteinsekretion ab. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die zugrunde liegende räumlich-zeitliche Kontrolle der Proteinexpression auf der Ebene der RNA-Biologie bestimmt wird. Wichtig ist, dass die beteiligten RNA-Regulationsprozesse eng mit dem Membrantransport einschließlich der Effektorsekretion verbunden sind. Wir untersuchen den Modellpilz Ustilago maydis, der die Mais-Beulenbrand verursacht. Wir entdeckten, dass das RNA-bindende Protein Kdh4 für die Infektion von entscheidender Bedeutung ist, da Deletionsmutanten in ihrer Pathogenität stark beeinträchtigt sind. Khd4-Deletionsmutanten bilden zwar immer noch Infektionshyphen, aber beim Eindringen in das Pflanzengewebe wird eine starke Abwehrreaktion ausgelöst, die zu einer Hemmung des Pilzwachstums führt. Um die Funktion von Khd4 aufzuklären, haben wir kürzlich HyperTRIBE für den Einsatz in Pilzen entwickelt, um einen transkriptomweiten Überblick über Khd4-Ziel-mRNAs in vivo zu erhalten. Dabei zeigte sich, dass Khd4 während der Bildung infektiöser Hyphen eine bestimmte Gruppe von mRNAs reguliert, die für regulatorische Proteine kodieren, die mit der GTPase-Signalübertragung und dem Membranverkehr verbunden sind. Eine wichtige Funktion von Khd4 ist die präzise Regulierung der mRNA-Stabilität über seine Bindungsstelle AUACCC in der 3´-UTR. Die Untersuchung von Ziel-mRNAs ergab eine neue Verbindung zur Regulation der Vakuolen-Biogenese sowie eine mögliche Verbindung zur Homöostase des Endoplasmatischen Retikulums (ER). Auf der Grundlage dieser vorläufigen Ergebnisse sind wir nun in der Lage, unseren Ansatz zu erweitern und die Rolle von Khd4 während der Pflanzeninfektion zu entschlüsseln. Wir verfolgen zwei Hauptfragen: Wie ist Khd4 mit ER-Funktionen verbunden, zum Beispiel während der Sekretion von Effektorproteinen, und welche Ziele mRNAs werden von Khd4 während der Pflanzeninvasion gebunden? In der Phase, in der der Pilz in engem Kontakt mit der Pflanze steht, ist die HyperTRIBE-Methode perfekt geeignet und hat klare Vorteile im Vergleich zu anderen biochemischen Techniken zur Identifizierung proteingebundener mRNAs. Im Wesentlichen wird die Untersuchung der Ziel-mRNAs und ihrer Regulierungsweise in der Pflanze die Funktionen von Khd4 während der pathogenen Entwicklung aufklären. Wir erwarten, dass wir neue Regulationsprinzipien finden und neue Fungizid-Targets ableiten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen