Der Boden ist ein Lebensraum, der von vielen Organismen wie Pflanzen, Pilzen und Bakterien bewohnt wird. Pflanzen interagieren mit Bodenmikroorganismen hauptsächlich über ihre Wurzeln. Unter den Bodenmikroorganismen können Pilze unterschiedliche Rollen einnehmen: Sie können entweder schädlich (pathogen) oder nützlich für die Pflanze sein. Schädliche Pilze führen zu Pflanzenkrankheiten und verursachen jährliche Ertragseinbußen. Nützliche Pilze hingegen können die Pflanze vor anderen schädlichen Mikroorganismen schützen, aber auch die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegenüber Umweltbelastungen, wie Trockenheit und hohen Temperaturen, erhöhen und das Pflanzenwachstum fördern.
Die Interaktion zwischen Pflanzen und Mikroben ist ein komplexer Mechanismus, der von vielen Faktoren gesteuert wird. Pathogene und nützliche Pilze produzieren Moleküle, sogenannte Effektoren, die die Interaktion zwischen Mikroben und ihren Wirten steuern. Effektoren sind erforderlich, um sowohl pathogene als auch nützliche Interaktionen herzustellen. Um Effektor-Moleküle zu produzieren, aktivieren Pilze Effektor-Gene (EIN-Schalter): Der Teil der DNA, der für die Effektoren kodiert, wird in eine Boten-RNA umgeschrieben, die in Proteine übersetzt wird. Wenn das Gen unterdrückt wird, werden die Effektorproteine nicht produziert (OFF-Schalter).
Bislang konzentrierte sich der Großteil der Forschung auf die Untersuchung von Effektoren, die von pathogenen Pilzen während der Besiedlung ihres Pflanzenwirts produziert werden. Unser Wissen darüber, wie Nutzpilze die Ausprägung von Effektorgenen während der Besiedlung verschiedener Pflanzenwirte und als Reaktion auf andere Mikroben regulieren, ist jedoch noch begrenzt.
In meinem Forschungsprojekt untersuche ich die Nutzpilze Serendipita indica und Serendipita vermifera, die die Wurzeln verschiedener Pflanzen besiedeln. Insbesondere möchte ich untersuchen, wie sie die Ausprägung von Effektorgenen regulieren, die dem Pilz helfen, verschiedene Pflanzenarten zu besiedeln und mit anderen Mikroben zu interagieren. Zur Untersuchung der "ON/OFF"-Schalter von Effektorgenen verwende ich die Bioinformatik. Dadurch kann ich alle im Pilzgenom vorhergesagten Effektorgene auf einmal betrachten, anstatt jedes Effektorgen einzeln zu untersuchen. Insbesondere prüfen wir, welche Pilzeffektorgene während der Besiedlung von Pflanzen und während der Interaktion mit anderen Mikroben aktiviert werden. Wir vergleichen die Expression von Pilzeffektorgenen während der Interaktion mit Pflanzen und Mikroben mit der des allein kultivierten Pilzes, um Gene und molekulare Pfade zu identifizieren, die an der Interaktion beteiligt sind. Diese Studie wird es uns ermöglichen, einige Schlüsselgene zu identifizieren, die für die Produktion von Effektorproteinen und damit für die nützliche Besiedlung verschiedener Pflanzen durch Pilze und für Mikroben-Mikroben-Interaktionen wichtig sind.
Das Verständnis der molekularen Mechanismen, die an der Interaktion zwischen Pflanzen und Mikroben beteiligt sind, ist für die Entwicklung nachhaltigerer landwirtschaftlicher Verfahren und die Bekämpfung von Pilzkrankheiten von entscheidender Bedeutung.
Der Originaltext ist in englischer Sprache und wurde für die deutsche Version übersetzt.
Planter’s Punch
Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS-Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc-Programms erstellt.
Über die Autorin
Concetta De Quattro ist Postdoktorandin in der Gruppe von Prof. Alga Zuccaro am Institut für Pflanzenwissenschaften (Universität zu Köln). Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf der Untersuchung der wirtsspezifischen Regulierung der Expression von Effektorgenen in mutualistischen wurzelendophytischen Pilzen.
Sie promovierte in Agrobiowissenschaften an der Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa in Italien und untersuchte die epigenetische Regulierung der Blattentwicklung unter Trockenstress in jungen Blättern von Brachypodium distachyon. Bevor sie zu CEPLAS kam, arbeitete sie in der Gruppe von Prof. Massimo Delledonne an der Universität von Verona in Italien, wo sie für die bioinformatische Abteilung mit Schwerpunkt auf der Analyse von RNA-seq-Daten zuständig war.
Zum Nachlesen
Mahdi, L.K., Miyauchi, S., Uhlmann, C. et al. The fungal root endophyte Serendipita vermifera displays inter-kingdom synergistic beneficial effects with the microbiota in Arabidopsis thaliana and barley. ISME J 16, 876–889 (2022)
Sarkar D, Rovenich H, Jeena G, Nizam S, Tissier A, Balcke GU, Mahdi LK, Bonkowski M, Langen G, Zuccaro A. The inconspicuous gatekeeper: endophytic Serendipita vermifera acts as extended plant protection barrier in the rhizosphere
Weiß, M., Waller, F., Zuccaro, A. and Selosse, M.-A. (2016), Sebacinales – one thousand and one interactions with land plants. New Phytol, 211: 20-40