Zuckermetabolismus in Interaktion zwischen P. indica, Nematoden und der Wirtspflanze

Piriformospora indica kolonisiert als Wurzelendophyt verschiedene Pflanzenarten, darunter die Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Dieser Pilz fördert Wachstum, Entwicklung sowie Samenproduktion der Wirtspflanze. Zusätzlich kann er die Resistenz gegen verschiedene biotische und abiotische Stressfaktoren erhöhen. Im Gegenzug entzieht dieser Endophyt Kohlenhydrate aus den kolonisierten Wurzeln. Es gibt Hinweise, dass P. indica für seine Entwicklung Hexosen wie Glukose und Fruktose bevorzugt, wobei hier die genauen Mechanismen noch weitgehend unbekannt sind. Daher ist das Ziel dieses Projektes, den Zuckermetabolismus in den mit P. indica kolonisierten Arabidopsis-Pflanzen näher zu untersuchen. Zusätzlich soll getestet werden, welchen Einfluss dieser durch den Pilz modifizierte Zuckermetabolismus auf die Entwicklung und Parasitierungsprozess der Zysten und Wurzelgallen Nematoden hat. Hypothetisch brauchen beide Organismen unterschiedliche Zuckermoleküle als primäre Energiequelle (P. indica einfache Zuckermoleküle; Nematoden unverarbeitete Saccharose) und wodurch sie sich stark beeinflussen. Das kann zur Folge haben, dass die Anfälligkeit gegen Nematoden durch die Pilzkolonisierung signifikant reduziert wird. Um diese Hypothesezutesten, werdenExpressions-Muster einiger pflanzlicher Saccharosesynthase- (SUS) und Invertase- (INV) Gene analysiert. Diese kodieren für Enzyme, die für die Spaltung von Saccharose in Glukose und Fruktose verantwortlich sind. Des Weiteren sollen unterschiedliche SUSundINVArabidopsis Mutanten hinsichtlich der Kolonisierungseffizienz von P. indica, der Enzymaktivität der INV, sowie der genauen Zusammensetzung des Zuckergehaltes der kolonisierten Pflanzen analysiert werden. Um die Mechanismen der resistenzsteigernden Wirkung des Pilzes genauer zu untersuchen, werden mittels split-root Systems die systemischen Effekte der P. indica-Kolonisierung auf den Parasitierungsprozess beider Nematodenarten näher charakterisiert. Hierzu werden Attraktions- sowie Infektionstests zur Untersuchung der unmittelbaren Auswirkung des Pilzes auf die Entwicklung der Nematoden durchgeführt. Um die Rolle der von P. indica sekretierten SUS und INV zu analysieren, wird der Pilz entsprechend transformiert, dadurch werden spezifische SUS oder INV Gene ausschaltet. Anschließend wird die Kolonisierungsrate des transformierten Pilzes sowie die Rolle der ausgeschalteten pilzeigenen Enzyme in der Interaktion mit der Pflanze und den Nematoden getestet. Die aus diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden das Verständnis über die Interaktion zwischen P. indica und Wirtspflanze erheblich erhöhen und können für die Entwicklung neuer Methoden zur Verbesserung der Pflanzenproduktivität und zum Schutz vor pflanzenparasitären Nematoden und anderer Schädlinge von Bedeutung sein.

Serendipita indica kolonisiert als Wurzelendophyt verschiedene Pflanzenarten, darunter die Modellpflanze Arabidopsis. Dieser Pilz fördert Wachstum, Entwicklung sowie Samenproduktion der Wirtspflanze. Zusätzlich kann er die Resistenz gegen verschiedene biotische und abiotische Stressfaktoren erhöhen. Im Gegenzug entzieht dieser Endophyt Kohlenhydrate aus den kolonisierten Wurzeln. Es gibt Hinweise, dass S. indica für seine Entwicklung Hexosen wie Glukose und Fruktose bevorzugt, wobei hier die genauen Mechanismen noch weitgehend unbekannt sind. Daher ist das Ziel dieses Projektes, den Zuckermetabolismus in den mit S. indica kolonisierten Arabidopsis-Pflanzen näher zu untersuchen. Zusätzlich soll getestet werden, welchen Einfluss dieser durch den Pilz modifizierte Zuckermetabolismus auf die Entwicklung und den Parasitierungsprozess der Zysten- und Wurzelgallen-Nematoden hat. Hypothetisch brauchen beide Organismen unterschiedliche Zuckermoleküle als primäre Energiequelle (S. indica einfache Zuckermoleküle; Nematoden unverarbeitete Saccharose) wodurch sie sich stark beeinflussen. Das kann zur Folge haben, dass die Anfälligkeit gegen Nematoden durch die Pilzkolonisierung signifikant reduziert wird. Um diese Hypothese zu testen, werden Expressions-Muster einiger pflanzlicher Saccharosesynthase- (SUS) und Invertase- (INV) Gene analysiert. Diese kodieren für Enzyme, die für die Spaltung von Saccharose in Glukose und Fruktose verantwortlich sind. Des Weiteren sollen unterschiedliche SUS und INV Arabidopsis Mutanten hinsichtlich der Kolonisierungseffizienz von S. indica, der Enzymaktivität der INV, sowie der genauen Zusammensetzung des Zuckergehaltes der kolonisierten Pflanzen analysiert werden. Um die Mechanismen der resistenzsteigernden Wirkung des Pilzes genauer zu untersuchen, werden mittels split-root Systems die systemischen Effekte der S. indica-Kolonisierung auf den Parasitierungsprozess beider Nematodenarten näher charakterisiert. Hierzu werden Attraktions- sowie Infektionstests zur Untersuchung der unmittelbaren Auswirkung des Pilzes auf die Entwicklung der Nematoden durchgeführt. Um die Rolle der von S. indica sekretierten SUS und INV zu analysieren, wird der Pilz entsprechend transformiert, dadurch werden spezifische SUS oder INV Gene ausschaltet. Anschließend wird die Kolonisierungsrate des transformierten Pilzes sowie die Rolle der ausgeschalteten pilzeigenen Enzyme in der Interaktion mit der Pflanze und den Nematoden getestet. Die aus diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden das Verständnis über die Interaktion zwischen S. indica und Wirtspflanze erheblich erhöhen und können für die Entwicklung neuer Methoden zur Verbesserung der Pflanzenproduktivität und zum Schutz vor pflanzenparasitären Nematoden und anderer Schädlinge von Bedeutung sein.