Signaltransduktion in der Wirtserkennung von T. harzianum

Der Mykoparasit Trichoderma harzianum wird seit einiger Zeit als Biokontroll-Agens gegen diverse pflanzenpathogene Pilze in der Landwirtschaft eingesetzt. Da die mykoparasitische Interaktion von Trichoderma mit seinem Wirt wirtsspezifisch und nicht lediglich kontaktabhängig ist, ist davon auszugehen, daß Signale vom Wirtspilz von Trichoderma erkannt werden und in ihm die mykoparasitische Reaktion auslösen. Diese antifungalen Aktivitäten gehen einher mit morphologischen Veränderungen, wie z.B. der Bildung von Appressorien und der Sekretion von hydrolytischen Enzymen (z.B. von Chitinasen) und antibiotischen Wirkstoffen. Im Gegensatz zum gegenwärtigen Wissensstand über die in den Mykoparasitismus involvierten Faktoren, ist über die beteiligten Signaltransduktionskaskaden noch sehr wenig bekannt, außer daß noch nicht identifizierte Rezeptoren Lectine oder andere Liganden des Wirts zu erkennen scheinen. Da von einigen pflanzenpathogenen Pilzen die in die Virulenz involvierten Signaltransduktionswege bereits relativ gut untersucht sind, ist es von besonderem Interesse, daß verschiedene morphologische Veränderungen in der Strategie der Pathogenität hoch konserviert zu sein scheinen. Besonders die Bildung von Appressorien, aber auch die Sekretion von hydrolytischen Enzymen dürfte dabei ein genereller Virulenz-Mechanismus sowohl von Pflanzenpathogenen als auch von Mykoparasiten zu sein. Aus diesem Grund soll dieses spezielle Wissen in dem vorliegenden Projekt als Grundlage zur Identifizierung von Schlüsselkomponenten der in die Virulenz von T. harzianum involvierten cAMP- und MAPK-Signaltransduktionswege und von deren G-Protein-gekoppelten Rezeptoren oder Rezeptor-unabhängigen Aktivatoren dienen. Um die Funktionalität der isolierten Komponenten und deren Beteiligung am Mykoparasitismus zu verifizieren, sollen entsprechende T. harzianum Disruptanten hergestellt und deren Biokontrollaktivitäten mittels diverser in vitro und in vivo Analysen untersucht werden. Weiters sollen Komplementationen von entsprechenden Mutanten des pflanzenpathogenen Pilzes Ustilago maydis mit den isolierten Genen Aufschluß über eine etwaige generelle Austauschbarkeit von Pathogenitäts-Effektoren zwischen pflanzen- und pilzpathogenen Pilzen geben.

Mykoparasitische Trichoderma-Arten werden als Biokontroll-Agens gegen diverse pflanzenpathogene Pilze in der Landwirtschaft eingesetzt. Die mykoparasitische Interaktion ist wirtsspezifisch und beinhaltet Erkennung, Angriff und ein daraus resultierendes Eindringen in und ein Abtöten des Wirtspilzes wobei die Ausbildung von Infektionsstrukturen und die Produktion von hydrolytischen Enzymen (z.B. Chitinasen) und antifungalen Substanzen (Antibiotika, Toxine) durch den Mykoparasiten eine wichtige Rolle spielen. Trichoderma erkennt spezifisch die vom Wirt stammenden Signale und leitet diese an die entsprechenden intrazellulären Zielgene weiter wodurch in weiterer Folge die am mykoparasitischen Angriff beteiligten Prozesse ausgelöst werden. Zur Untersuchung der zugrunde liegenden Signaltransduktionswege wurden im Rahmen dieses Projektes mehrere für Komponenten des cAMP- (zyclisches Adenosinmonophosphat) und des MAPK- (Mitogen-aktivierte Proteinkinase) Weges (z.B. alpha- und beta- Untereinheiten heterotrimerer G-Proteine, regulatorische Untereinheit der cAMP- abhängigen Proteinkinase, Adenylatzyklase, drei MAP-Kinasen) kodierende Gene von T. atroviride isoliert und charakterisiert. Experimente mit Deletions-Mutanten, denen einzelne für die oben aufgezählten Signaltransduktionskomponenten kodierende Gene fehlen, zeigten, dass zumindest zwei alpha-Untereinheiten heterotrimerer G-Proteine (Tga1 und Tga3) sowie eine MAP-Kinase (Tmk1) bei der die mykoparasitischen Prozesse auslösenden Signalübertragung eine wichtige Rolle spielen. Es konnte gezeigt werden dass G-Protein vermittelte Signaltransduktion an der Auslösung aller drei Mykpoarasitismus-relevanten Vorgänge, nämlich der Ausbildung von Infektionsstrukturen, der Transkriptions-Regulation von für Chitinasen kodierender Gene und der Produktion von antifungalen Substanzen (z.B. 6-Pentyl-alpha-Pyron und Metaboliten mit Sesquiterpen-Struktur), beteiligt ist, während für die Tmk1 MAP- Kinase eine Funktion bei der Bildung von Wirtszellwand-auflösenden Enzymen gefunden werden konnte. Die im Laufe dieses Projektes erzielte Aufklärung der der Trichoderma-Biokontrolle zugrunde liegenden Signalübertragungswege unterstützt das Verständnis der Wirkungsmechanismen dieses Pilzes und kann in weiterer Folge zur Verbesserung von Trichoderma-hältigen Biokontroll-Produkte dienen.