Funktionelle Charakterisierung von apoplastischen Proteinen in Brassica napus und Arabidopsis thaliana nach Infektion mit Verticillium longisporum

Verticillium longisporum ist ein bodenbürtiger, pathogener Pilz, der auf die Pflanzenfamilie der Brassicaceae spezialisiert ist. Da V. longisporum ein vaskuläres Pathogen ist, welches die meiste Zeit seines Lebenszyklus in der Pflanze im Xylem lokalisiert ist, werden Abwehrreaktionen der Pflanze im extrazellulären Raum erwartet. In einer vorangegangenen Arbeit wurde das extrazelluläre Proteom von Brassica napus und Arabidopsis thaliana im Hinblick auf Veränderungen infolge der Infektion der Pflanzen durch V. longisporum untersucht. Es zeigte sich, dass in B. napus eine Glucanase, eine Peroxidase, eine Chitinase sowie ein PR-4-Protein und in A. thaliana drei verschiedene Peroxidasen, eine Serin-Carboxypeptidase, eine α-Galactosidase und ein Germin-ähnliches Protein (GLP3) nach Infektion mit dem Pathogen vermehrt produziert wurden, während ein Lectin-ähnliches Protein in A. thaliana in geringeren Mengen auftrat. Ziel der vorliegenden Arbeit war die funktionelle Charakterisierung dieser differenziell auftretenden extrazellulären Proteine in B. napus und A. thaliana nach einer Infektion durch V. longisporum in Relation zu physiologischen und anatomischen Veränderungen. Der Xylemsaft von B. napus wurde auf putative Abwehrsubstanzen hin überprüft, die sich auf das Wachstum von V. longisporum auswirken könnten. Zu diesem Zweck wurde das Wachstum des Pilzes in Xylemsaft aus infizierten und uninfizierten Pflanzen verglichen. Es zeigte sich eine deutliche Beeinträchtigung des Wachstums von V. longisporum im Xylemsaft von infizierten Pflanzen. Diese Inhibierung konnte nicht auf eine mangelnde Nährstoffverfügbarkeit im Xylemsaft zurückgeführt werden. Auch Salizylsäure, welche im Xylemsaft von B. napus infolge einer Infektion in erhöhten Mengen vorkommt, hatte keinen direkten Einfluss auf das Pilzwachstum. Mit Hilfe weiterer Wachstumsversuche im Xylemsaft und einem Vollnährmedium konnte nachgewiesen werden, dass die im Xylemsaft enthaltenen Proteine die Proliferation von V. longisporum massiv inhibieren. Diese antifungale Eigenschaft konnte sowohl für die Proteine aus dem Xylemsaft von infizierten Pflanzen als auch für die aus dem Xylemsaft aus nicht infizierten Pflanzen gezeigt werden. Die Pflanze sekretiert also konstitutiv Proteine mit einer antifungalen Wirkungsweise in den Apoplast, wodurch sie einer unkontrollierten Ausbreitung von Mikroorganismen entgegenwirken kann. Da einige der in A. thaliana nach einer Verticillium-Infektion differentiell auftretenden Proteine mit Funktionen bei der Modifizierung und Umgestaltung der Zellwand assoziiert werden, wurden infizierte und nicht infizierte Pflanzen anatomisch untersucht und auf Unterschiede überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass eine Infektion mit V. longisporum in A. thaliana im Hypokotyl sowie in den Blättern zur Bildung von hyperplastischem Xylem und in den Blättern zusätzlich zu einer Transdifferenzierung von Mesophyllzellen zu Gefäßen führt. Die biologische Rolle dieser vermehrten Bildung neuer wasserleitender Elemente muss noch weiter untersucht werden. Um zu überprüfen, welche Proteine in A. thaliana an der Immunantwort gegen V. longisporum beteiligt sind, wurden funktionelle Analysen durchgeführt. Dazu wurden homozygote Pflanze von T-DNA-Insertionslinien isoliert und hinsichtlich einer veränderten Suszeptibilität gegenüber V. longisporum untersucht. Die meisten Linien besaßen einen ähnlichen Pathophänotyp wie der Wildtyp. Eine Linie mit einer reduzierten glp3-Expression reagierte jedoch mit einer erhöhten Suszeptibilität. Weitere Analysen mit amiRNA-Linien bestätigten diese Beobachtung. Pflanzen mit einer konstitutiv erhöhten glp3-Expression waren dagegen resistenter gegenüber V. longisporum. Zudem war die Pilzmenge in infizierten Überexpressionspflanzen deutlich geringer als in infizierten Wildtyp-Pflanzen. Um die spezifische Funktion von GLP3 innerhalb der Pflanze-Pathogen-Interaktion weiter zu charakterisieren, wurde überprüft, ob GLP3 V. longisporum direkt beeinflusst. Heterolog in Hefe produziertes GLP3 konnte das Wachstum von V. longisporum einschränken. GLP3 vermittelt in A. thaliana Resistenz gegenüber V. longisporum, indem es offenbar die Kolonisierung durch das Pathogen direkt minimiert. Der genaue molekulare Mechanismus ist bislang unklar und sollte in weiteren Experimenten untersucht werden.

Author dc:creator

• Drübert, Christine

Contributors dc:contributor

• Polle, Andrea Prof. Dr.
• Gatz, Christiane Prof. Dr.

• 570 Biowissenschaften, Biologie
• Biologie
• Verticillium Arabidopsis Apoplast
• 42.13
• WF 200: Molekularbiologie

Licence

• https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/

Language dc:language

ger

Identifier

https://dx.doi.org/10.53846/goediss-476
urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3028-5
webdoc-3028
666205752

OAI identifier oai:identifier

oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0006-AE12-9