Erforschung der Salicylsäureperzeption in biotrophen Brandpilzen

Ustilago maydis ist ein biotropher, pathogener Pilz, welcher an allen oberirdischen Teilen der Maispflanze Tumore induziert. Mit Hilfe zahlloser kleiner sekretierter Proteine, sogenannter Effektoren, schafft es dieser Schädling die pflanzliche Abwehr zu untergraben und den Wirtsstoffwechsel zu seinen Gunsten umzusteuern. Während die Erkennung des Pathogens durch die Pflanze relativ gut verstanden ist, mangelt es bisher an Studien wie der Pilz den Zustand seiner Wirtspflanze erfasst um gegebenenfalls mit Hilfe der entsprechenden Effektoren das Gleichgewicht der biotrophen Interaktion wiederherzustellen. Vor kurzem konnten wir zeigen, dass U. maydis das für die Pathogenabwehr wichtige Pflanzenhormon Salicylsäure (SA) perzipieren kann. Diese Entdeckung macht es denkbar, dass der eindringende Pilz den Alarmierungszustand der Wirtspflanze über die von der Pflanze ausgeschüttete SA Menge mitliest. Mit Hilfe eines SA-regulierten Promoter Reporter Konstrukts in U. maydis haben wir einen Mutagenese-Screen durchgeführt um Komponenten der pilzlichen SA-Signalkaskade zu identifizieren. Vorläufige Resultate mit einigen isolierten SA-Signaltransduktionsmutanten zeigen die Machbarkeit des Unterfangens. In diesem Projekt stellen wir Strategien vor, wie wir die neuartige SA-Signalkaskade aufdecken und deren Komponenten funktionell charakterisieren wollen. Des Weiteren werden wir die Ergebnisse auf den verwandten Brandpilz Ustilago bromivora übertragen, der die Modelpflanze Brachypodium distachyon infiziert. Auf diese Weise wollen wir ermitteln, ob die SA-Signalweiterleitungskomponenten innerhalb der Brandpilze funktionell konserviert sind. Das U. bromivora / B. distachyon System wird uns weitere experimentelle Ansätze ermöglichen. Die zu erwartenden Erkenntnisse bilden die mögliche Basis für die Erforschung, ob sich die pilzliche SA Perzeption als molekulares Angriffsziel für den Pflanzenschutz eignet.

Salicylsäure ist ein Pflanzenhormon welches eine sehr wichtige Rolle in der pflanzlichen Immunantwort spielt, insbesondere beim Angriff durch Mikroben welche sich biotroph, das heißt im lebenden Wirt, vermehren. Ustilago maydis ist ein biotropher Pilz der Mais befällt und daher auch mit der Salicylsäure vermittelten Immunantwort der Wirtspflanze konfrontiert ist. Durch einen genetischen Screen konnte ein Faktor namens Rss1 (Required for SA Sensing 1) im Pilz identifiziert werden welcher für die Wahrnehmung von Salicylsäure durch den Pilz eine wichtige Rolle spielt. Es handelt sich um einen binukleären Transkriptionsfaktor. Bei unseren Versuchen in Hefe zeigt Rss1 nur seine transkriptionell aktivierende Funktion in der Gegenwart von Salicylsäure im Medium. Interessanter Weise konnten wir jedoch auch feststellen, dass ein Tryptophan-Abbauprodukt, Anthranilatsäure, ebenfalls die transkriptionell aktivierende Funktion von Rss1 stimuliert. Durch genomweite transkriptionelle Analysen der Rss1 Mutante auf SA-haltigem Medium konnten wir einige Rss1 abhängig regulierte Gene in U. maydis in axenischer Kultur identifizieren. Diese gehören alle zu Genen deren Genprodukte entweder im Salicylsäureabbauweg oder aber wahrscheinlich im Tryptophanabbauweg involviert zu sein scheinen. Die Deletionsmutante von Rss1 hat keinen offensichtlichen Virulenzphänotyp bei der Infektion von Maiskeimlingen. RT-PCR Studien auf Rss1 Zielgene im Kontext der infizierten Pflanze zeigen des Weiteren, dass Faktoren wie die pilzliche Salicylathydroxylase Shy1 nicht ausschließlich von Rss1 reguliert werden und daher die Möglichkeit besteht, das weitere Signalwege neben der Salicylsäureperzeption in der Pflanze integriert werden, zwecks Regulation der Zielgene. Die Arbeitsergebnisse zur Identifizierung von Rss1 führten zu einer Veröffentlichung (Rabe et al., 2016) und einer Doktorarbeit.