Molecular and cellular mechanisms of Iysophosphatidylcholine signaling in plants

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Bucher
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 60782163

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Symbiose von Pflanzen mit arbuskulären Mykorrhizapilzen stellt einen konservierten Mechanismus dar, sich an Mangelstandorte anzupassen. Ein zentraler Schritt bei der Symbiose-Entwicklung ist die Etablierung des Symbiosoms. Das Symbiosom ist der Bereich der Mykorrhiza, in dem es zum physikalischen Stoffaustausch speziell von Phosphat zwischen Pflanze und Pilz kommt. Die molekularen Mechanismen, die eine erfolgreiche Symbiosom-Formation erlauben sind weitgehend unbekannt. Dabei ist die Reprogrammierung von Wurzelzellen nötig, die durch Signalperzeption und Zell-Zell-Interaktionen ausgelöst werden. Es konnte gezeigt werden, dass Lysophosphatidylcholin (LPC), ein Lysophospholipid, welches bei Abspaltung durch Phospholipase A2 (PLA2) aus Phosphatidylcholin entsteht, als Signal bei der Mykorrhiza-Symbiosomentwicklung agiert. Die quantitative Analyse von LPC in der Modellpflanze Lotus japonicus mittels ESI-MS/MS zeigte eine signifikante Erhöhung insbesondere von langkettigen, ungesättigtem LPC Spezies in mycorrhizierten Pflanzen im Vergleich zu nicht mykorrhizierten Pflanzen über einen betrachteten Zeitraum. Anhand einer bioinformatischen Analyse des L. japonicus Genoms wurden Kandidaten für Phospholipasen identifiziert. Die Expressionsanalyse dieser Gene zeigte, dass zwei dieser Gene (LjPLP2 und LjsPLA2-2) in Wurzeln exprimiert werden und durch Mykorrhizabildung induzierbar sind. Dies läßt eine zentrale Rolle beider Proteine und der zugehörigen Gene bei der Etablierung des Symbiosomes annehmen. Transgene L. japonicus Pflanzen, bei denen jeweils eines der beiden Phospholipase-Gene erhöht oder verringert exprimiert wird, werden z.Zt. molekular-physiologisch untersucht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Phospholipase A2, a new key enzyme in the arbuscular mycorrhiza signaling”. July 14, 2008, Research Colloquium, Botanical Institute, University of Cologne, Cologne, Germany
  Alban Jacques
  
• “Temporal expression profiling of mycorrhizal symbiosome development in Lotus japonicus“. July 14, 2008, Research Colloquium, Botanical Institute, University of Cologne, Cologne, Germany
  Vinod Vijayakumar
  
• “Chemical signaling in the Mycorrhizal Symbiosome Development in Lotus japonicus”. June 22 to June 24, 2010, Priority Programme (SPP) 1212, Microbial reprogramming of plant cell development, 2. Colloquium, Freising, Germany
  Vinod Vijayakumar
  
• “Chemical Diversity and Function of the Mycorrhizal Signal Lysophosphatidylcholine in the Model Legume Lotus japonicus”. January 30 to February 4, 2011, Gordon Research Conference on Plant Lipids: Structure, Metabolism and Function, Galveston, Texas, United States
  Vinod Vijayakumar
  
• “Chemical diversity and function of the mycorrhizal signal lysophosphatidylcholine in the model legume Lotus japonicus”. May 26, 2011, Research Colloquium, Institute of Botany, University of Cologne, Cologne, Germany
  Vinod Vijayakumar