In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.
Apfel (Malus domestica) ist einer der wichtigsten angebauten Früchte weltweit. In Baumschulen werden Pflanzen häufig neu gepflanzt (2-3 Jahre), was zu einer verminderten Ernteproduktivität führt, die auch als Apfelnachbaukrankheit (ARD) bezeichnet wird. ARD kann definiert werden als "eine schädlich, gestörte physiologische und morphologische Reaktion von Apfelpflanzen auf Böden, die aufgrund früherer Apfelkulturen Veränderungen in ihrem (Mikro-) Biom ausgesetzt waren". Früher wurden Bodenbegasungsmittel zur Bekämpfung von ARD verwendet. Bei diesen Mitteln sind Anwendungsschwierigkeiten, hohe Kosten und Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit als problematisch anzusehen. Daher wäre die Züchtung und/oder Selektion weniger empfindlicher Genotypen eine nachhaltigere Lösung für ARD. Die Entwicklung von ARD-assoziierten Markern beruht jedoch auf einem besseren Verständnis der molekularen Reaktionen in planta, um die Ätiologie der Krankheit zu entschlüsseln. Kürzlich wurde gezeigt, dass Phytoalexinbiosynthesegene nach sieben Tagen Kultur auf ARD-Boden im Vergleich zu desinfiziertem ARD-Boden stark hochreguliert sind. Es zeigte sich, dass sich die Phytoalexine im Wurzelsystem in sehr hohen Konzentrationen anhäufen, was zu einer möglichen Phytotoxizität führt. ABC-Transporter, die an der Translokation und Exsudation von Phytoalexinen beteiligt sind, zeigten keine Regulation, was zu der Annahme führte, dass Phytoalexine unter ARD-Bedingungen nicht in den Boden ausgeschieden werden und sich daher in sehr hohen Konzentrationen in den Wurzeln anreichern. Zusätzlich kann der vakuoläre Transport behindert werden, was zu einer fehlenden Entgiftung der akkumulierten Substanzen führt. Ein möglicher Grund für die möglicherweise eingeschränkte Exsudation von Phytoalexinen oder von Sequestrierung in Vakuolen über ABC-Transporter könnte die Entstehung toxischer Zyanidkonzentrationen in ARD-betroffenen Pflanzen sein, was zu weniger ATP-Verfügbarkeit für ABC-Transporter führt. Ziel des Projektes ist es, die Rolle von ARD-induzierten Phytoalexinen bei ARD und molekulare Reaktionen in ARD-betroffenen Pflanzen aufzuklären. Der Fokus wird darauf liegen, ihre Rolle bei ARD unter Berücksichtigung weiterer interagierender Gene/Proteine abzuleiten. Die Toxizität und Lokalisation der Verbindungen werden ebenso analysiert wie Entgiftungsmechanismen, z.B. Transport aus dem Zytoplasma. Darüber hinaus werden weitere toxische Nebenprodukte im Cyanidstoffwechsel sowie die Energieversorgung näher untersucht, um einen detaillierten Überblick über die molekularen Mechanismen bei ARD zu erhalten. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Mikroskopie, Genexpressionsstudien und metabolische Analysen werden eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Vergleiche zwischen einem sensitiven und einem weniger sensitiven Genotyp sollen Erkenntnisse für die frühe Vorhersage von ARD-Schweregraden in Böden liefern und dabei helfen ARD-tolerante Apfelpflanzen auszuwählen.
Dark Septate Endophytes (DSEs) sind eine polyphyletische Gruppe innerhalb der Ascomyceten, die Pflanzenwurzeln besiedeln und durch hohe Melaninkonzentrationen in ihren Hyphen charakterisiert sind. Möglicherweise ist die Melanisierung bei Pflanzen-DSE-Assoziationen von Vorteil und eine Reaktion auf eine Vielzahl biotischer und abiotischer Stressfaktoren. Es gibt jedoch noch keine Beweise dafür, dass die hohe Melanisierung von DSEs zur erhöhten Stresstoleranz beiträgt. Es ist ebenfalls wahrscheinlich, dass Melanin eine Rolle bei der Penetration der Wurzeloberfläche durch die pilzlichen Hyphen und der anschließenden Besiedelung der Wurzelrinde spielt. Hier besteht jedenfalls eine Analogie zu einigen ebenfalls melanisierten, pathogenen Pilzen die sowohl tierische, als auch pflanzliche Gewebe erfolgreich infizieren. In diesem deutsch-französischen Kooperationsprojekt wollen wir den Melanisierungsprozess im DSE-Modell Leptodontidium sp. besser verstehen, einschließlich der Untersuchung von Regulationsmechanismen, die diese Melanisierung modulieren. Darüber hinaus werden komplementäre genetische, pharmakologische, physikalisch-chemische, physiologische und Omics-Ansätze der deutsch-französischen Partner genutzt, um zu entschlüsseln welche Rolle Melanin zum einen bei der Besiedelung von Pflanzen und bei der hohen Toleranz von Leptodontidium sp. gegenüber einer Reihe von abiotischen und biotischen Stressfaktoren spielen könnte. Das Konsortium besteht aus vier Forschergruppen, die über komplementäre Fachkenntnisse in den Bereichen Mikrobiologie, Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen unter Stressbedingungen, Pilzökologie, Multi-Omic-Analysen und Bioinformatik verfügen. Besondere Techniken und Themen sind die genetische Transformation von DSEs und die Rasterkraftmikroskopie (Université de Lorraine - P1), miRNA-Analysen und Metallstress (Université de Bourgogne Franche-Comté - P2), Epigenetik und RNAseq-Analysen (Friedrich-Schiller-Universität Jena - P3) sowie Interaktionen zwischen Pilzen und Mykoparasiten (Hochschule Wismar - P4). Im deutsch-französichen Team werden diese gebündelt um die Funktion Melanins für DSEs und für DSE-Pflanzen-Interaktionen aufzuklären. Das Verständnis wie Melanine die Toleranz gegenüber Umweltstress für DSEs und für die von DSEs besiedelten Pflanzen erhöhen, sollte dazu beitragen, diese wichtige Pilzressource für die nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Produktion von Nutzpflanzen zu nutzen. Dies schließt auch die Betrachtung mykophager und pflanzenpathogener Organismen in der Rhizosphäre, die Exposition gegenüber Schadstoffen und Auswirkungen des Klimawandels wie Trockenheit und Hitze zwingend mit ein. Folglich streben wir auch eine weite Verbreitung der Projektergebnisse an, nicht nur in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch bei Interessengruppen aus Landwirtschaft, Gartenbau und der Forstwirtschaft.
Anders als bei Pflanzen und Tieren ist die Fähigkeit der europäischen Schutzgebiete, die biologische Vielfalt des Bodens und die Ökosystemleistungen unter den verschiedenen Stressfaktoren des globalen Wandels zu erhalten, praktisch unbekannt. Natürliches und landwirtschaftlich genutztes Grünland spielt eine grundlegende Rolle für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion. Die verschiedenen Arten von Grünland (Schutzgebiete, naturnahes Grünland und Ackerland) erfüllen eine Vielzahl von Ökosystemfunktionen, aber es gibt auch wichtige Kompromisse (z. B. Nahrungsmittelproduktion vs. Kohlenstoffbindung im Boden). Es ist auch immer noch nicht ganz klar, welches Grünlandsystem besser gegen Störungen und den Klimawandel schützt. Dieser Wissensmangel ist vor allem vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaerwärmung und als Reaktion auf andere, gleichzeitig auftretende Stressfaktoren, die die Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens bedrohen, wie Trockenheit, Pestizide und Überdüngung, von Bedeutung. GRASS4FUN zielt darauf ab, die biologische Vielfalt des Bodens, die ökologischen Netzwerke und die Ökosystemleistungen, die von Grünland über einen Gradienten der Landnutzungsintensität und als Reaktion auf Landschaftsmerkmale unterstützt werden, zu vergleichen und ihren Erhaltungszustand (zeitliche Dynamik) und ihre Widerstandsfähigkeit gegen mehrere Stressfaktoren des globalen Wandels zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir bestehende europäische Erhebungen mit der Überwachung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens auf 300 Grünlandflächen (geschütztes Grünland, naturnahes Grünland und Ackerland) über einen europaweiten Gradienten kombinieren und die Zukunft der biologischen Vielfalt des Bodens, der Ökosystemleistungen und der grundlegenden Kompromisse zwischen den drei Landnutzungsarten unter verschiedenen Szenarien des globalen Wandels und auf europäischer Ebene modellieren. Anschließend werden Gewächshausexperimente durchgeführt, um die Reaktionen der biologischen Vielfalt und der Funktionen des Bodens auf verschiedene globale Stressfaktoren wie Trockenheit, Pestizideinsatz, Stickstoffverschmutzung und Schwermetalle zu testen. Wir werden insbesondere auch prüfen, ob Landschaftsmerkmale (z. B. Landschaftsheterogenität) die ober- und unterirdische Biodiversität und ihre Fähigkeit zur Abfederung von Belastungen durch den globalen Wandel beeinflussen. GRASS4FUN wird von Hand zu Hand mit mehreren Interessengruppen durchgeführt, um den Transfer zu Interessengruppen, politischen Entscheidungsträgern und der Gesellschaft zu erleichtern, mit dem grundlegenden Ziel, bahnbrechendes Wissen bereitzustellen, um Ökosysteme widerstandsfähiger gegen globale Stressfaktoren zu machen und die biologische Vielfalt in Europa zu schützen, einschließlich der in Böden lebenden Organismen.
Pathogene kommunizieren während der Infektion mit ihren Wirtspflanzen, um deren Immunantworten zu unterdrücken und den Pflanzenmetabolismus zu ihrem Vorteil zu verändern. Klassisch wird hierbei Effektorproteinen die Hauptfunktion zugeschrieben, aber neue Studien zeigen, dass auch RNAs ausgetauscht werden und wesentlich zur Kommunikation beitragen. Aktuell werden extrazelluläre Vesikel (EVs) als Transportvehikel zwischen Pilz und Pflanze diskutiert. Die genetisch zugänglichen Brandpilze sind ideale Modellsysteme, um die EV-basierte RNA-Kommunikation zu untersuchen. Erste Studien zum mRNA-Transport in EVs werden bereits in dem Modellbrandpilz Ustilago maydis durchgeführt. In diesem Projekt untersuchen wir die RNA Kommunikation des Brassicaceenbrandpilz T. thlaspeos, den wir gerade als genetisch zugängliches Pathogen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana etabliert haben. Zunächst werden wir die Fracht der EVs inventarisieren, um anschließend die Bedeutung des reichsübergreifenden RNAi und des EV-vermittelten mRNA-Transporters für die Virulenz funktional zu untersuchen. Im Gegensatz zu U. maydis hat T. thlaspeos das RNAi-System, so dass wir in einem vergleichenden Ansatz den Beitrag von mRNAs und sRNA Translokation zur Infektion bestimmen können. Was ist die Kernfracht von EVs? Sind mRNA und sRNA Effektoren gegen die gleichen pflanzlichen Prozesse gerichtet? Im Rahmen der Forschergruppe 5516, exRNA Kommunikation, wird T. thlaspeos die Brandpilze repräsentieren, da es das Potential hat, sowohl mRNAs als auch sRNAs für die lebensreichübergreifende RNA Kommunikation zu nutzen. Wir wollen insbesondere die RNA-basierten Strategien von T. thlaspeos mit vaskuläre Wurzelpathogene, Mutualisten oder Pathogen in mehrjährigen Interaktionen vergleichen. Durch diese Vergleiche erlangen wir einen detaillierten Überblick über die Rolle der RNA Effektoren in verschiedenen Infektionssystemen. Langfristig soll dann der molekulare Mechanismus der EV-Beladung mit RNAs aufgeklärt werden, um zu verstehen wie die Auswahl zwischen RNAs für Transport und Translation im Pathogen getroffen wird.
Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und mikrobiellen Krankheitserregern ist von zentraler Bedeutung für das Management von Pflanzenkrankheiten auf dem Feld und für die Verbesserung von Kulturpflanzengenotypen. Es ist von zentraler wissenschaftlicher Bedeutung und hilft den künftigen Bedarf nachhaltig erzeugter Pflanzenprodukte zu decken. Fusarium-Arten gehören zu den aggressivsten pilzlichen Krankheitserregern, die Pflanzen infizieren, Ertragseinbußen verursachen und Mykotoxine produzieren, die für die Gesundheit von Mensch und Tier von Bedeutung sind. Wir haben daher Untersuchungen zur Anreicherung von Molekülen aus Fusarium-Arten durchgeführt, die in Pflanzen immunogen wirken, d. h. in Arabidopsis thaliana frühe kanonische Immunreaktionen auslösen (pattern-triggered immunity, PTI). Das Auffinden und die Anreicherung solcher Moleküle ermöglichte es uns, nach Arabidopsis-Mutanten mit reduzierten Immunreaktionen auf diese Auslöser zu suchen. Auf der Grundlage dieses Screenings identifizierten wir den Zelloberflächenrezeptor MIK2 als exzellenten Kandidaten für den direkten Peptidligandenrezeptor für neue Elicitorpeptide aus Pilzpathogenen, einschließlich Fusarium. Unser Ziel ist es nun, diesen Rezeptor in einen größeren genetischen und biologischen Zusammenhang zu stellen. Zu diesem Zweck klonieren wir MIK2 Orthologe aus Nutzpflanzen, um die Konservierung von MIK2 im Pflanzenreich zu verstehen und vergleichen sie mit der verwandten endogenen SCOOP-Peptid-Erkennungsfunktion, wir analysieren die zelluläre Natur der erhöhten Anfälligkeit von mik2-Funktionsverlustmutanten und identifizieren die authentischen Peptid-Elizitor-Moleküle von Fusarium spp. und anderen Pilzen. Ein gezielter knock-out des MIK2 Gens in Tomaten komplementiert diesen Ansatz.
Wurzelfressende Larven der Kleine Kohlfliege, Delia radicum, schädigen Winterraps (Brassica napus; WR). Bei der Genomannotation von D. radicum fanden wir Entgiftungsgene von Isothiocyanaten (ITC), den Abwehrstoffen von Brassica. Die Darmbakterien der Larven tragen SaxA-Gene zur ITC-Entgiftung. Wir kooperieren mit dem WR-Züchter NPZi, um umweltfreundliche Ansätze zur Bekämpfung von D. radicum zu entwickeln. Durch das Screenen einer WR-Mutantenpopulation sollen Gene identifiziert werden, die Weibchen anlocken und für Resistenzen bei den Larven sorgen. Mit Geninformationen von D. radicum und seinem Darmmikrobiom sollen RNA-Interferenz Biopestizide entwickelt werden.
Das im Boden vorkommende Bakterium Agrobacterium tumefaciens infiziert eine Vielzahl von Pflanzenarten und verursacht die Wurzelhalsgallenkrankheit. Es überträgt bakterielle DNA zusammen mit Effektorproteinen in Wirtszellen. Diese T-DNA (Transfer-DNA) wird stabil in das Pflanzengenom integriert, und die Expression der darin kodierten Onkogene führt zu Zellproliferation und Tumorbildung. Die Fähigkeit, DNA in das Wirtsgenom zu übertragen, hat A. tumefaciens zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der pflanzlichen Gentechnik gemacht. Allerdings sind viele Pflanzenarten weiterhin schwierig zu transformieren, und es ist unklar, woran das liegt. Dies ist auch eine Folge unseres unzureichenden Wissens über die molekularen Voraussetzungen auf Seiten der Wirtszellen. In einer Reihe unabhängiger Experimente haben wir beobachtet, dass eine veränderte Sphingolipidzusammensetzung von Arabidopsispflanzen die Agrobakterien-Transformationseffizienz signifikant beeinflusst. Pflanzliche Sphingolipide wie Glucosylceramide und Glucosylinositolphosphorylceramide (GIPCs) sind vorwiegend in Nanodomänen der Plasmamembran lokalisiert. Frühere Studien in Arabidopsis haben gezeigt, dass Sphingolipide die Funktion von membranständigen Rezeptoren und Calciumkanälen beeinflussen können, welche für verschiedene Signaltransduktionsprozesse wichtig sind. Sphingolipide könnten daher in verschiedenen Phasen der Agrobacterium-Transformation eine Funktion haben, z. B. durch Beeinflussung membranständiger Rezeptoren, die Abwehrreaktionen auslösen, oder durch die Interaktion mit bakteriellen Proteinen des Typ-IV-Sekretionssystems während des T-DNA-Transfers durch die Plasmamembran. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, diejenigen pflanzlichen Sphingolipid-Spezies zu identifizieren, die die Agrobacterium-Transformationseffizienz beeinflussen, und die Funktion dieser Lipide während der verschiedenen Transformationsstadien zu charakterisieren. Um die Auswirkungen verschiedener Sphingolipidprofile auf die Transformationseffizienz zu ermitteln, setzen wir einen etablierten in vivo Transformationseffizienztest ein. In diesem werden wir unsere Sammlung von Arabidopsis-Mutantenlinien mit veränderter Sphingolipidzusammensetzung, sowie eine Reihe von pharmakologischen und Temperatur-Behandlungen testen. Zur Identifizierung der relevanten Sphingolipide setzen wir Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie und anschließende Massenspektrometrie (UPLC-MS/MS) ein. Anschliessend werden wir analysieren, in welcher Phase der Transformation diese Lipide beteiligt sind. Dazu werden wir im in vivo System Wachstum, Anheftung und die Expression von Virulenzgenen der Bakterien testen und parallel dazu die Abwehrreaktion der Pflanze und die subzelluläre Lipidzusammensetzung analysieren. Wir erwarten, dass die Charakterisierung dieser Sphingolipid-abhängigen Prozesse in der Wirtszelle unser Verständnis der Mechanismen der Pflanzentransformation durch Agrobakterien entscheidend verbessern wird.
Arbuskuläre Mykorrhiza (AM) ist eine Symbiose zwischen etwa 80 % der Landpflanzen und Pilzen der Glomeromycotina, die auf dem Austausch von Nährstoffen beruht. Die Pilze erhalten von der Pflanze organischen Kohlenstoff in Form von Zuckern und Lipiden. Im Gegenzug liefern sie der Pflanze mineralische Nährstoffe und fördern so die Produktivität und Gesundheit der Pflanze. Damit die Symbiose ausgebildet werden kann, müssen die Wurzeln besiedelt werden. Die Besiedlung der Wurzeln durch AM-Pilze ist ein mehrstufiger Prozess, der durch einen pflanzlichen Signalweg gesteuert wird, der der Kompatibilität zwischen den Symbiosepartnern zugrunde liegt. Chitinfragmente und andere mögliche kleine Moleküle, die von den Pilzen freigesetzt werden, können jedoch kurzfristige Abwehrreaktionen auslösen, die unterdrückt werden müssen, um eine symbiontische Besiedlung zu ermöglichen. Es wurde gezeigt, dass pathogene Pilze und Oomyceten kleine RNAs in Pflanzenzellen einschleusen können, um silencing von Immunitätsgenen auszulösen, ein Phänomen, welches als cross-kingdom-RNAi bezeichnet wird. Anhand der Modell-Leguminose Lotus japonicus und des Modell-AM-Pilzes Rhizophagus irregularis haben wir Hinweise dafür gefunden, dass cross-kingdom-RNAi auch in der AM-Symbiose auftritt. Hier wollen wir verstehen: i) welche Pilzstrukturen und Pflanzenzelltypen an Cross-Kingdom-RNAi in der AM-Symbiose beteiligt sind und ii) welche Rolle der Pflanzengene, gegen die die sRNAs der Pilze gerichtet sind in der Symbiose spielen können. Für AM Pilze wurde bisher keine Wirtsspezifität beschrieben, und es stellt sich die Frage, ob cross kingdom RNAi dazu beiträgt, dass AM Pilze ein breites Spektrum von Wirtspflanzen besiedeln können. Daher wollen wir untersuchen, ob iii) eine AM Pilz Art bei der Besiedlung zweier unterschiedlicher Wirtspflanzen die gleichen oder unterschiedliche sRNAs produziert und ob diese sRNAs auf orthologe Gene abzielen.
Pflanzen-besiedelnde Mikroorganismen etablieren komplexe Netzwerke, in denen Pilze und Oomyceten entscheidend die Diversität von Pflanzen-assoziierten Bakterien beeinflussen. Andererseits konkurrieren Oomyceten und Pilze um die ökologische Nische „Pflanze“. Daher ist es von großer Bedeutung, die Wechselwirkungen beider Organismengruppen zu verstehen.Ein Schlüsselorganismus der Phyllosphäre ist der Oomycet Albugo laibachii. In Vorarbeiten identifizierten wir zudem die zu den Basidiomyceten gehörende Hefe Moesziomyces bullatus ex Albugo on Arabidopsis (MbA) als Antagonisten von A. laibachii. Mittels Gen-Deletion konnten wir eine Glucoside hydrolase-family 25 (GH25) aus MbA identifizieren, die für den Antagonismus gegen A. laibachii essentiell ist. In Arabidopsis -Experimenten zeigte rekombinant produziertes GH25, welches eine Lysozymaktivität besitzt, eine signifikante Inhibition gegen A. laibachii. Phylogenetische Analysen zeigten, dass GH25 in Basidiomyceten weit verbreitet ist und in 2 Kladen auf splittet. Einige Basidiomyceten besitzen jedoch kein GH25-Ortholog. Zu diesen gehören die Cystofilobasidiales, die wir als “core taxa“ der Arabidopsis-Phyllosphere identifizieren konnten. Cystofilobasidiales zeigen einen Antagonismus gegenüber A. laibachii vergleichbar mit MbA, was einen GH25-unabhängigen Mechanismus der Inhibition impliziert.In diesem Projekt soll die Rolle von GH25-vermitteltem Antagonismus in mikrobiellen Gemeinschaften untersucht werden. Zudem sollen GH25-unabhängige Mechanismen in basidiomyceten Hefen identifiziert werden. Wir untersuchen die funktionelle Konservierung von GH25 als Inhibitor verschiedener Oomyceten, Pilze und Bakterien. Weiterhin werden wir die Rolle der GH25 Aktivität für die Mikrobiom-Struktur untersuchen unter der Annahme, dass ein Verlust der GH25-vermittelten Inhibition zur Destabilisierung und damit erhöhten Fluktuation in mikrobiellen Gemeinschaften führt.GH25-Orthologe verschiedener Basidiomyceten werden in der MbA_GH25 Mutante exprimiert, um deren Funktion in der mikrobiellen Interaktion zu testen. Parallel werden wir Inhibitoren aus Cystofilobasidium identifizieren. Dabei untersuchen wir den Einfluss von MbA und Cystofilobasidium auf bakterielle Gemeinschaften in An- und Abwesenheit von A. laibachii, wobei uns insbesondere die Rolle von GH25 für die Fitness der Hefen in verschiedenen Interaktionen interessiert.Parallel dazu werden wir Algorithmen weiter entwickeln, die es uns ermöglichen, mikrobielle Eigenschaften wie deren Wirtsspezifität und Lebensweise vorherzusagen, um die Zusammensetzung mikrobieller Substrukturen sowie die Rolle einzelner Schlüsselgene wie GH25 für deren Ausbildung zu verstehen. Somit kombiniert dieses Projekt einen bioinformatischen Ansatz zur Analyse und Vorhersage mikrobieller Strukturen mit einer funktionellen Analyse spezifischer Interaktionen, um Assemblierung, Stabilität und Verhalten mikrobieller Gemeinschaften in der Phyllosphäre auf mechanistischer Ebene zu verstehen.
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