TRICHO-TOR: Signalübertragung durch TOR in dem Mykoparasiten Trichoderma atroviride

Arten der Pilzgattung Trichoderma sind weltweit verbreitet und gehören zu den am häufigsten aus verschiedenen Lebensräumen isolierten Schimmelpilzen. Trichoderma-Arten weisen eine Vielzahl von Lebensstilen auf, von denen Mykoparasitismus als der für die Gattung ursprünglichste gilt. Mykoparasiten sind in der Lage, andere Pilze zu antagonisieren indem sie diese parasitieren und dadurch unschädlich machen; deshalb werden sie u.a. als eine umweltfreundliche Alternative zu synthetischen Fungiziden gehandelt. Der erfolgreiche Antagonismus von Trichoderma-Mykoparasiten beruht unter anderem darauf, dass diese Pilze schnell auf wechselnde Umweltbedingungen reagieren können und sich durch die Bildung von entsprechenden Biomolekülen wie Sekundärmetaboliten und lytische Enzymen gegenüber anderen Pilzen durchsetzen. Untersuchungen haben gezeigt, dass dem mykoparasitischen Angriff eines Wirtspilzes eine Erkennungsreaktion voran geht, im Zuge deren Trichoderma die Anwesenheit seiner pilzlichen Opfer noch vor direktem Kontakt erspürt. In den letzten Jahren konnten wir zeigen, dass daran verschiedene Signalübertragungswegebeteiligt sind und das Auslösen der mykoparasitischen Antwort in Trichoderma atroviride steuern. Zusätzlich zeigte sich, dass das Erspüren eines Opfers im Mykoparasiten eine Stressantwort auslöst, die durch Stickstoffmangel verursachtem Stress ähnelt und einige Schlüsselkomponenten umfasst, die in anderen Organismen an der Erkennung und Weiterleitung von Nährstoffreizen beteiligt sind. In dem vorliegenden Projekt Tricho-TOR: Signalübertragung durch TOR in dem mykoparasitischen Pilz Trichoderma atroviride planen wir nun die Funktion einiger zentraler molekularer Komponenten des TOR-Signalweges, der in eukaryontischen Zellen zur Regulation der Zellantwort in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit von Stickstoff hauptverantwortlich ist, in T. aroviride zu entschlüsseln. Zudem wollen wir herausfinden, wie der TOR-Signalweg mit schon untersuchten Mykoparasitismus- relevanten Signalwegen vernetzt ist und mit diesen zur Regulation einer entsprechenden Zellantwort zusammenspielt. Die obigen Fragestellungen sollen untersucht werden, indem entsprechende Mutanten mit Unterbrechungen an Schlüsselstellen des TOR-Signalweges hergestellt und sowohl auf Änderungen in generellen biologischen Vorgängen als auch in Mykoparasitismus-relevanten Prozessen hin analysiert werden. Desweiteren soll mittels Proteininteraktionsstudien nach neuen Regulatoren des TOR-Signalweges gesucht werden, um den am Beginn der Kaskade stehenden Signalempfänger zu identifizieren und unter Einbeziehung einer bereits vorhandenen Kollektion an Signaltransduktionsmutanten mit geänderter mykoparasitischer Aktivität sollen funktionelle Wechselwirkungen mit dem TOR-Signalweg erkennbar gemacht werden. Die zu erwartenden Ergebnisse werden maßgeblich zur Aufklärung der Verbindung zwischen Nährstoff-Signalübertragung und der Wirtsekennung/dem Auslösen des Wirtsangriffs beitragen. Da die Bildung vieler industriell interessanter Enzyme und Sekundärmetabolite sowohl qualitativ als auch quantitativ durch die Verfügbarkeit von Stickstoff reguliert ist, könnte die genetische Manipulation des TOR-Signalweges hier zu interessanten potentiellen Anwendungen führen.

Mykoparasitische Pilze können andere Pilze bekämpfen, indem sie diese überwachsen und parasitieren. Trichoderma atroviride ist ein sehr effektiver Mykoparasit und wird daher auch als nachhaltige Alternative zu synthetischen Fungiziden zum Schutz von Pflanzen gegen Pilzkrankheiten eingesetzt. Die mykoparasitische Aktivität von Trichoderma atroviride umfasst die Produktion von gegen Wirtspilze wirkenden Enzymen und kleinen Substanzen und wird engmaschig durch Umweltreize wie auch Signale, die vom Wirtspilz ausgesendet werden, reguliert. In unseren Untersuchungen konnten wir den TOR (Target Of Rapamycin) Signalweg, der aus Studien in Hefe- und Säugetierzellen als ein wichtiger Regulator von Wachstumsprozessen bekannt ist, als essentiellen Signalisierungsknoten in Trichoderma atroviride identifizieren. Dieser Pilz besitzt eine einzige TOR-Kinase, die wir Tor1 benannt haben. Durch Änderung der Aktivität von Tor1 mittels chemischer Hemmstoffe und durch genetische Manipulation ausgewählter Komponenten des TOR-Signalwegs konnten wir zeigen, dass Tor1 ein Hauptakteur nicht nur bei der Regulation von Wachstums- und Stoffwechselprozessen, sondern auch der mykoparasitischen Aktivität ist. Die erhaltenen Daten ermöglichen erstmals detaillierte Einblicke in die Rolle dieses wichtigen zellulären Signalwegs in einem mykoparasitischen Pilz und stellen wichtige Ausgangspunkte für die Verbesserung und gezielte Anwendung von Trichoderma atroviride als Biofungizid und Pflanzenschutzmittel dar.