Universität Tübingen
Die Rolle Autophagie-assoziierter Proteine in der pflanzlichen Immunantwort
Abstract
Der in Eukaryoten hochkonservierte Prozess der Autophagie erfüllt wichtige Funktionen in der Aufrechterhaltung der Zellhomöostase und als Energielieferant unter nährstoffarmen Bedingungen. Zytosol, beschädigte oder überzählige Organellen und Proteinaggregate werden vom Autophagosom umschlossen, welches nach Transport und Fusion mit der Vakuole/Lysosom dem Abbau zugeführt wird. An diesem Vorgang sind eine Reihe von Autophagie-assoziierten Genen (ATGs) beteiligt und basierend auf Homologien zu Hefe, in der dieser Prozess am besten untersucht ist, konnten 36 ATGs in Arabidopsis thaliana identifiziert werden. Die Autophagie sorgt allerdings nicht nur für ein Gleichgewicht zwischen Biogenese und Abbau in der Zelle, sondern ist auch für die Zelltodregulation bedeutend. Im tierischen und auch im pflanzlichen System wurden sowohl zelltodfördernde als auch zelltodinhibierende Mechanismen beschrieben. In dieser Arbeit sollte daher der Frage nachgegangen werden, wann die Autophagie das Überleben bzw. das Sterben der Zelle begünstigt, beziehungsweise welche Rolle diesem Prozess in der pflanzlichen Immunantwort zukommt. Erste Hinweise einer möglichen Beteiligung der Autophagie in der Immunabwehr lieferten Mikroarray-Analysen, die zeigten, dass die Expression von mehr als einem Drittel der ATGs nach Pathogeninfektion induziert wird, so auch von ATG7 und ATG18a. In einem revers-genetischen Ansatz wurden eine Reihe von Knock-Out bzw. Knock-Down Linien für ATG1c, ATG5, ATG7, ATG10 und ATG18a verwendet, um den Einfluss der Autophagiedefizienz zu analysieren. Nach Infektion mit dem nekrotrophen Pilz Alternaria brassicicola konnten in allen hier untersuchten atg-Mutanten, im Gegensatz zu Wildtyp-Linien, verstärkte Krankheitssymptome beobachtet werden, die mit erhöhten Zelltodraten und vermehrter Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies korrelierten. Dies konnte nicht für den biotrophen Oomyceten Hyaloperonospora arabidopsidis gefunden werden. Nach Behandlung der Blätter mit Fumonisin B1, ein aus nekrotrophen Pilzen isoliertes Toxin, kam es ebenso zu einer Zelltodausbreitung. Schlußfolgernd ließ sich aus diesem Datensatz eine Rolle der Autophagie während krankheitsbedingter Nekrose als einer Zelltodform, hervorgerufen durch nekrotrophe Organismen und deren Toxine, postulieren. Eine mögliche Beteiligung der Autophagie an der bakteriellen Abwehr wurde durch Quantifizierungen des Wachstums verschiedener Pseudomonas-Stämme auf Wildtyp- und atg-Mutanten ermittelt. Nach Analyse von avirulenten Stämmen, Typ III-Sekretionsmutanten, Nichtwirtsstämmen und virulenten Stämmen konnten nur Unterschiede im Wachstumsverhalten nach Infektion mit virulenten Pto DC3000 gefunden werden. Die atg-Mutanten atg5-1, atg10, atg18a-1 und atg18a-2 wiesen eine deutlich erhöhte Resistenz gegenüber diesem Pathogen auf, als es für Wildtyp- und komplementierte Linien der Fall war. Da makros- und mikroskopisch durch Ionenleitfähigkeitsmessungen und Trypanblaufärbungen kein vermehrter Zelltod nach Infektion mit Pto DC3000 nachgewiesen werden konnte, ließ sich die erhöhte Resistenz nicht durch eine erhöhte Zelltodrate und der damit verbundenen Wachstumsreduktion biotropher Erreger erklären. Fortführend wurde nach Veränderungen in der konstitutiven oder induzierbaren Ausprägung der PTI gesucht. Jedoch lieferten nach PAMP-Behandlung weder MAPK-Assays, Stomataöffnungszustände noch Mengen an abgelagerter Kallose Hinweise auf verbesserte Resistenzmechanismen in den atg-Mutanten. Interessanterweise konnte nach Analyse des Hormongehaltes sowie der Expression von Markergenen schon in nicht-infizierten Kontrollblättern der atg-Mutanten eine erhöhte Menge an SA sowie eine vermehrte Expression des SA-abhängigen Markergens PR-1 detektiert werden. Dies könnte dazu beitragen, die erhöhte Resistenz gegenüber Pto DC3000 zu erklären. Diese Arbeit zeigt somit zum einen eine Beteiligung der Autophagie an der Basalresistenz gegenüber nekrotisierenden Pathogenen und belegt des Weiteren eine negative regulatorische Funktion der Autophagie von SA-abhängigen Immunantworten.
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author
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- Lenz, Heike Doris
Identifiers
dc:identifier.*- Identifier
- hdl:10900/49508