Phospholipase-ähnliche Proteine bei der Pathogenabwehr von Pflanzen

• Phospholipase-like proteins in plant defense against pathogens

Jansen, Irina; Conrath, Uwe (Thesis advisor); Panstruga, Ralph (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Pflanzen sind auf funktionale Abwehrmechanismen angewiesen, um sich gegen mikrobielle Pathogene zur Wehr zu setzen. An der Weiterleitung sowie der Amplifizierung des Signals in Folge der Pathogenerkennung sind hierarchisch aufgebaute Kaskaden von Mitogen-aktivierten Proteinkinasen - kurz MPKs - beteiligt, deren Substrate in Pflanzen jedoch noch weitgehend unerforscht sind. Als Substratkandidaten der an der Abwehr beteiligten MPK3 und MPK6 wurden in transgenen Arabidopsis thaliana, welche eine konstitutiv aktive MPK-Kinase aus Tabak unter der Kontrolle eines Dexamethason-induzierbaren Promoters exprimieren, nach Induktion mit Dexamethason gehäuft Phosphopeptide von Phospholipase-ähnlichen Proteinen der PEARLI4-Familie - im weiteren als P4L bezeichnet - identifiziert, wobei Phosphopeptide von P4L1 am stärksten akkumulierten. In vitro konnte sowohl für P4L1 als auch für das Frühe Arabidopsis Aluminium-induzierte Protein PEARLI4 die Phosphorylierung durch MPK6, nicht jedoch durch MPK3 bestätigt werden. Die Suszeptibilität von A. thaliana T-DNA-Insertionslinien in P4L1 bis P4L6 sowie PEARLI4 für das Bakterium Pseudomonas syringae pv. maculicola war unverändert im Vergleich zum Wildtyp. Allerdings zeigten nach Induktion der Systemisch Erworbenen Resistenz durch eine vorhergehende Infektion mit P. syringae pv. maculicola die T-DNA-Insertionslinien in PEARLI4, P4L2, P4L4 sowie P4L5 bei einer Folgeinfektion eine Verringerung der Systemisch Erworbenen Resistenz verglichen mit dem Wildtyp. Dabei liegen P4L2 / PEARLI4 und P4L4 / P4L5 jeweils hintereinander auf Chromosom 2 bzw. 4, was auf ein Duplikationsereignis und eine mögliche redundante Funktion dieser Proteine bei der Systemisch Erworbenen Resistenz hindeuten könnte. Zwei transgene Linien von Glycine max, die PEARLI4 aus A. thaliana exprimierten, zeigten zudem eine Reduktion der infizierten Blattfläche, während eine dritte Linie ähnlich suszeptibel wie der Wildtyp war. Lokalisationsstudien nach transienter Expression in Nicotiana benthamiana deuteten auf eine Assoziation von PEARLI4 aus A. thaliana mit der Plasmamembran hin und könnten somit einen ersten Hinweis auf eine mögliche Funktion von PEARLI4 bei der Penetrationsresistenz gegen Pilzpathogene geben. Bei Lipidomstudien waren Sulfoquinovosyldiazylglyzerole, Phosphatidylinositole und -glyzerole in zwei A. thaliana T-DNA-Insertionslinien in P4L1 signifikant reduziert, während diese in einer T-DNA-Insertionslinie in P4L5 akkumulierten. P4L1 und P4L5 könnten daher antagonistisch in denselben zellulären Prozessen wirken. Die hier gezeigten Daten untermauern den positiven Einfluss von PEARLI4 auf die Abwehr von biotrophen Pilzen. Zudem legen die Resultate eine Beteiligung von PEARLI4 sowie einiger P4L-Proteine an der Systemisch Erworbenen Resistenz nahe. Weitere Pathogenstudien unter Berücksichtigung möglicher Redundanzen von PEARLI4 und den P4L-Proteinen könnten in Zukunft helfen, eine Verbindung zwischen den MPK-Kaskaden der Pathogenabwehr, ihren Substraten und der zellulären Antwort zu entschlüsseln.