Stresssignalwege bei Nematoden-Pflanzen-Interaction

Pflanzenparasitierende Nematoden, welche Kultur- und Ackerpflanzen befallen, wurden zu einem großen Problem in der modernen Landwirtschaft, da die Parasiten jährlich Schäden in Milliarden-Eurobeträgen anrichten. Große Herausforderungen stellen vor allem die Langlebigkeit von Nematodenzysten und deren Widerstandsfähigkeit gegenüber toxischen Chemikalien dar. Deshalb sind die Bekämpfungsmöglichkeiten beschränkt und neue Techniken werden benötigt. Molekularbiologische Untersuchungen werden vielfach eingesetzt, um die Mechanismen der Nematoden-Pflanzen Interaktion zu erforschen. Der Rübenzystennematode Heterodera schachtii stellt dafür ein geeignetes Forschungsobjekt dar, da er die Wurzeln der Modelpflanze Arabidopsis thaliana infiziert. In dem vorliegenden Projektantrag planen wir verschiedene Arabidopsislinien mit modifizierten Stresssignalkomponenten und -proteinen, sowie Phosphatasen und Kinasen auf veränderten Nematodenbefall zu untersuchen. Einige dieser Linien zeigten gesteigerte Resistenz gegenüber herbivorer Insekten aufgrund veränderter Pflanzenhormonproduktion und dadurch veränderter Signaltransduktionswege. Pflanzenlinien mit nematodenbezogenem Phänotyp werden entscheidend zu einem besseren Verständnis der Nematoden-Pflanzen Interaktion beitragen. Die gewonnen Informationen aus diesem Projekt werden eine wertvolle Grundlage für Pflanzenzüchter bilden, Sorten mit erhöhter Nematodentoleranz oder -resistenz herzustellen.

Pflanzenparasitierende Nematoden verursachen jährlich Schäden von Milliarden Eurobeträgen an weltweit wichtigen landwirtschaftlichen Kulturpflanzen. Die größten Herausforderungen im Kampf gegen Zystennematoden sind die lange Überlebenssauer der Zysten in der Erde und deren Widerstandsfähigkeit gegen hoch toxische Nematizide. Die Zahl der einsetzbaren Bekämpfungsmöglichkeiten ist beschränkt weshalb neue Techniken benötigt werden. Molekularbiologische Untersuchungen werden vielfach eingesetzt, um die Mechanismen der Nematoden-Pflanzen Interaktion zu erforschen. Die Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für Züchter dar, um resistente oder tolerante Sorten zu generieren. Eine erfolgreiche Nematodeninfektion beginnt mit der Erkennung der Wirtspflanze im Boden. Die mobilen Larven bewegen sich auf die Wurzeln zu, dringen in das Gewebe ein und bewegen sich zwischen den Zellen in das Zentrum der Wurzel vor. Dort induzieren sie die Bildung eines hoch spezifischen Nährzellsystems, von dem sie sich ernähren. Es wird vermutet, dass jeder einzelne dieser Infektionsschritte Pflanzen stressen und in Alarmbereitschaft versetzen. Detaillierte Studien fehlen aber. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war es Signalkaskaden der pflanzlichen Abwehr während der ersten Schritte der Nematodeninfektion zu untersuchen. Der Rübenzystennematode Heterodera schachtii stellt dafür ein geeignetes Forschungsobjekt dar, da er die Wurzeln der Modelpflanze Arabidopsis thaliana infiziert. Als erster Schritt wurden verschiedene Arabidopsislinien mit modifizierten Stresssignalkomponenten wie Phosphatasen und Kinasen auf veränderten Nematodenbefall untersucht. Einige dieser Linien zeigten gesteigerte Resistenz gegenüber herbivoren Insekten. Die Ergebnisse unseres Projekts zeigten, dass fehlende Expression bestimmter Phosphatasen zu erhöhter Attraktivität der Pflanzen und gesteigerter Nematodeninfektion führen, die Anzahl der adulten Tiere war jedoch reduziert. Vertiefende Analysen zeigten, dass die Phosphatasen vor allem in den ersten Stunden der Nematodeninfektion aktiv waren. Als nächster Schritt wurde die Rolle von down-streams Signalkomponenten untersucht. Pflanzenhormone wie z.B. Jasmonsäure, Ethylen oder Salicylsäure sind wichtige Bestandteile von pathogeninduzierter Pflanzenkommunikation. In dem Projekt wurden Hormonapplikationen, Hormonlevelmessungen und Genexpressionsanalysen von bekannten Markergenen eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass manche Hormone eine attraktive, andere eine abschreckende Wirkung auf die Nematoden haben. Zuletzt wurde ein Pflanzensymbiont eingesetzt und dessen Wirkung auf den Hormonhauhalt der Pflanzen und den Effekt auf die Nematodeninfektion untersucht.