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)
