Fusarium metabolites and detoxification reactions

Viele pflanzenpathogene Pilze können auf befallenen Wirtspflanzen toxische Sekundärmetaboliten bilden. Im Mittelpunkt bisheriger Forschungen standen jene Substanzen, die in Getreide und daraus hergestellten Lebens- und Futtermitteln in für Mensch und Tier gesundheitsgefährdenden Mengen vorkommen. Pilze der Gattung Fusarium sind in Europa die wichtigsten Mykotoxin-Produzenten. Sie verursachen Ährenbleiche bei Weizen und anderen Getreidearten und Kolbenfäule bei Mais. In den genetischen Ressourcen und im Zuchtmaterial sind nur polygen vererbte, quantitative Unterschiede vorhanden. Die molekulare Basis von Chromosomenabschnitten, die zu erhöhter Fusarium-Resistenz beitragen, ist weitgehend unbekannt. Das Ziel unseres Projektes ist es durch ein verbessertes Verständnis der Rolle von Pilzmetaboliten in der Ausbildung von Pflanzenkrankheiten zu einem verbesserten Verständnis von Resistenz-Komponenten in der Pflanze zu kommen. Mit Hilfe moderner Methoden der Genom- und Metabolom-Forschung soll Pflanzenzüchtung von einer rein empirischen zu einer auf dem Verständnis molekularer Vorgänge basierenden Wissenschaft werden. Dies sollte es erleichtern, Fusarium- resistente Getreidesorten mit niedrigem Mykotoxingehalt zu züchten. Das Projekt basiert auf der Arbeitshypothese, dass necrotrophe Pilze wie Fusarium eine Vielzahl von Metaboliten bilden können, die die Pathogenabwehr unterdrücken, womit der ungewöhnlich große Wirtsbereich erklärbar wäre. Die bioinformatische Analyse der vollständigen Genomsequenz von Fusarium graminearum ergab, dass dieser Organismus über eine Vielzahl an Genen für Enzyme zur Bildung von Sekundärmetaboliten verfügt (15 Polyketid- Synthasen, 20 nicht-ribosomale Peptid-Synthasen und 17 Terpenoid-Synthasen). For die meisten dieser Gene ist kein zugehöriger Metabolit bekannt. Ein wesentliches Ziel des vorliegenden Projektes ist es durch funktionelle Genomik (mittels Gendisruption) und mittels hochentwickelter Metabolom-Analysemethoden solche neuen Suppressor-Metaboliten zu identifizieren. Wenn diese Substanzen verfügbar sind, soll ihr Wirkungsmechanismus in Modellpflanzen untersucht werden. Weites soll die Transkriptom-Veränderung nach Pathogen-Infektion bzw. Elicitor-Behandlung und Toxinbehandlung untersucht werden. Wir beabsichtigen Zuchtmaterial daraufhin zu untersuchen, ob die Fähigkeit bekannte und neue Fusarium-Metaboliten zu inaktivieren in unterschiedlichem Ausmaß ausgeprägt ist. Die Validierung von Kandidatengenen soll durch Analyse von Defektmutanten (aus dem Screening einer TILLING-Population) und durch Überexpression der Kandidatengene in transgenem Weizen erfolgen. Der interdisziplinäre Ansatz, der Forscher aus Gebieten wie Bioinformatik, funktionelle Pilzgenomik, Genomanalyse von Modell- und Nutzpflanzen bis zur Pflanzenzüchtung an einem Strang ziehen lässt, ist ein Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes.