Fig. 1 - stipendien.at

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Stresssignalwege in Pflanze – Nematode
Interaktionen
Analysis of mitogen activated protein kinases based stress signaling pathways in
plant nematode interactions
Nina Kammerhofer
Stipendiatin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (DOC fFORTE)
Univ. f. Bodenkultur, Abteilung für Pflanzenschutz
Mitogen activated Protein Kinase cascade
Heterodera schachtii
Nematoden (Fadenwürmern) sind eine der artenreichsten Stämme im
Tierreich, etwa 25.000 Arten wurden beschrieben, 15% davon sind als
Parasiten an Pflanzen bekannt. Heterodera schachtii, der
Zuckerrüben-Zystennematode, zählt an Zuckerrübe zu den wichtigsten
Schädlingen (Fig. 1). Die Untersuchung der Interaktionen zwischen
Schädling und Wirt sind essentiell um die Mechanismen einer
erfolgreichen bzw. nicht erfolgreichen Infektion zu verstehen.
Fig. 1: Infizierte vs. nicht- Fig. 2: H. schachtii Larve an
infizierte Zuckerrübe
einer Arabidopsiswurzel
Fig. 3: Lebenszyklus von H. schachtii
Larven des 2. Juvenilstadiums schlüpfen aus der Nematodenzyste,
werden durch Wurzelexsudate zur Wirtspflanzen gelockt. Im Gewebe
induzieren sie durch abgegebene Sekrete die Bildung eines
Syncytiums (=Nährzellengewebe) das sich durch einen erhöhten
Stoffwechsel, vergrößerte Nuklei, Mitochondrien und Plastiden sowie
erhöhte Zytoplasmaströmung auszeichnet (Fig. 3). Die Drüsensekrete,
die ihnen bei der Migration und der Etablierung des Syncytiums
helfen, können als Elicitoren wirken, welche mit Rezeptoren der
Pflanzenzellwand interagieren und so eine Stress-Signal-Kaskade und
damit Abwehrreaktionen der Pflanze hervorrufen.
Über frühe Stress-Signalwege und Abwehrreaktionen der Pflanzen
gegen infizierende Nemaoden gibt es nur sehr wenige Studien. Doch
gerade diese frühen Reaktionen können über eine erfolgreiche
Infektionen oder Resistenz der Pflanze entscheiden.
Mitogen activated protein kinases (MAPK)
übertragen Umwelt- und Entwicklungssignale in
adaptive Reaktionen in der Pflanze (und allen
Eukaryoten). Sie werden u.a. durch Verwundung,
UV, Pathogene und Herbivore aktiviert.
Elicitoren (z.B. eines Pathogenes) interagieren mit
Plasmamembran-Rezeptoren, diese aktivieren die
Signal-Kaskade.
MAPK
werden
durch
Phosphorylierung aktiviert, was zu downstream
Reaktionen wie z.B. der Produktion von
Stresshormonen, Reaktive Sauerstoffspezies
(ROS) und Veränderungen in der Genexpression
führen kann.
Ziele der Studie
Mittels verschiedener Arabidopsis Mutanten soll die Rolle der MAPK
in Nematoden – Pflanze Interaktionen untersucht werden: Erste
Assays konnten zeigen, dass die Nematodeninfektion in MKP1,
MAPK3 und MAPK6 T-DNA Mutanten signifikant beeinflusst ist (Fig. 4
und 5).
In vertiefenden Analysen werden Infektions- und Attraktionstest
durchgeführt, Veränderungen in ROS Produktion und der MAPK
Aktivität sowie die Rolle von Transkriptionsfaktoren und
Stresshormonen werden untersucht. Mögliche systemische Effekte
werden mittels gleichzeitiger Stimulation verschiedener Stressoren
untersucht.
Fig. 4 und 5: Ergebnisse Infektionstest (MKP = Phosphatase, MPK = MAPK,
WT = Wildtyp, hai = hours after inoculation)
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