Funktionale Spezifizierung von verschiedenen Chitin Synthasen in Trichoderma atroviride

Der filamentöse Pilz Trichoderma ist seit langem für sein mykoparasitisches Verhalten gegenüber pflanzenpathogenen Pilzen bekannt, und wird bereits effektiv im biologischen Pflanzenschutz eingesetzt. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit der Spezifizierung von Chitin Synthasen und Chitin-Deacetylasen, und deren Rollen im Mykoparasitismus, als auch im vegetativen Wachstum von Trichoderma atroviride. Diese ausgewählten Enzyme werden funktional charakterisiert (Knock-out Studien), um somit neue Erkenntnisse über den enzymatischen Zellwandaufbau in vivo zu gewinnen. Zahlreiche Studien zum Thema Mykoparasitismus lassen darauf schließen, dass Zellwand remodulierende Enzyme eine maßgebliche Rolle während der mykoparasitischen Interaktion spielen. Bis dato liegen keine detaillierten Informationen zum Thema Zellwandsynthese in Trichoderma spp. vor. Da Chitin, und dessen deacetyliertes Derivat Chitosan, essentielle Bestandteile der Pilzzellwand darstellen, steht die Synthese und Modifikation dieser Polysaccharide im Fokus dieser Studie. Insbesondere Chitosan spielt eine maßgebliche Rolle in der Wirts-Resistenz von pathogenen Pilzen, und könnte daher gleichbedeutend für die mykoparasitische Interaktion sein. Darüber hinaus, zeigten Genom Analysen eine Fülle von Chitin remodulierende Enzymen in der Spezies Trichoderma atroviride. Zusätzlich, stellt die funktionale Charakterisierung von Chitin Synthasen und Chitin Deacetylasen maßgeblich zum allgemeinen Verständnis der Pilzzellwandsynthese bei. Dies ist als solches von besonderer Bedeutung, da diese Enzyme als wichtige therapeutische Ziele in der Bekämpfung von Pilzinfektionen gelten. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, Trichoderma als biologisches Pflanzenschutzmittel weiterzuentwickeln. In diesem Zusammenhang, stellt die Charakterisierung der Biogenese von Chitin, einen neuen und essentiellen Forschungsbeitrag zur Zellwandanalyse in filamentösen Pilzen dar. Das langfristige Ziel besteht darin, umweltschädliche Pestizide durch Trichoderma als biologisches Pflanzenschutzmittel zu ersetzen.

Der Einsatz von biologischen Pflanzenschutzmitteln ist eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zu petrochemischen Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft. Die Fadenpilze Trichoderma spp. sind wirksame, vielversprechende Alternativen zu chemischen Fungiziden durch parasitäre Zerstörung von Pflanzenpathogenen. Die Fähigkeit, während des Parasitismus in Wirtsorganismen einzudringen, erfordert eine adaptive Neugestaltung der Zellwand, um die Erkennung durch den Wirt und seine Abwehrreaktionen zu verhindern. Die wichtigsten Polysaccharide sind hier Chitin, Chitosan und Glucan. Strategien, mit denen sich die Zellwand dem Immunsystem des Wirts entzieht, sind allen Pflanzen- und Humanpathogenen gemein, wurden jedoch bei Mykoparasiten noch nicht untersucht. In diesem Projekt haben wir gezeigt, dass eine Vielzahl von Chitin- und Chitosan-modulierenden Enzymen eine wichtige Rolle beim Mykoparasitismus durch Trichoderma atroviride spielen. Unsere Studien legen nahe, dass die Umwandlung von Chitin in Chitosan insbesondere als Maskierungs-/Abwehrstrategie und damit als Radikalfänger zum Ausgleich des durch den Wirtspilz verursachten oxidativen Stresses dient. Mykoparasitismus hängt von der Fähigkeit ab, die Wirtsorganismen invasiv zu fressen, und erfordert einen adaptiven Zellwandumbau. Alle pflanzlichen und menschlichen Krankheitserreger teilen Strategien, die helfen, dem Immunsystem des Wirts zu entkommen. Hier beschreiben wir das gesamte Spektrum der Chitin/Chitosan-modifizierenden Enzyme im Mykoparasiten Trichoderma atroviride mit einer zentralen Rolle beim Zellwand-Remodeling. Eine schnelle Anpassung an eine Vielzahl von Wachstumsbedingungen, Umweltbelastungen und Abwehrmechanismen des Wirts, wie oxidativer Stress, hängen von der Interaktion dieser Enzyme ab und sind letztendlich für den Erfolg des mykoparasitären Angriffs notwendig. Im Rahmen der Trichoderma-Forschung spielen diese Erkenntnisse über die Chitin- und die damit verbundene Polymersynthese beim Mykoparasitismus eine grundlegend wichtige Rolle. An diesem komplex regulierten Prozess sind acht Chitinsynthasen, sechs Chitindeacetylasen, weitere chitinolytische Enzyme, darunter sechs Chitosanasen, Transglycosylasen und akzessorische Proteine beteiligt. Im Projekt wurden mittels einer systematischen und biochemischen Klassifikation, einer phänotypischen Charakterisierung und in Form von in-vitro-Assays zum Verständnis der mykoparasitären Interaktion, die Bedeutung von Chitin und Chitosan in der vegetativen Entwicklung und in der Biokontrolle mittels T. atroviride bestätigt. Unsere Ergebnisse tragen allgemein zum Verständnis des molekularen Mechanismus der Chitinsynthese in Fadenpilzen und insbesondere in Mykoparasiten bei, mit dem übergeordneten Ziel, die Biokontrollstrategien weiter zu verbessern.