Universität zu Köln

Regulierter Zelltod (RCD) ist ein zentrales Merkmal pflanzlicher Immunität und wird traditionell mit der Abwehr von Krankheitserregern in Verbindung gebracht. Seine Rolle bei nützlichen Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroben ist jedoch noch weitgehend unklar. Der Wurzelendophyt Serendipita indica mit seiner biphasischen Lebensweise, die eine anfängliche biotrophe Phase, gefolgt von einer Zelltod-assoziierten Phase beinhaltet, dient als hervorragendes Modell zur Untersuchung der molekularen Regulierung des RCD in mutualistischen Symbiosen. Während einzelne Wirtsfaktoren, die an der Zelltod-assoziierten Phase beteiligt sind, bereits identifiziert wurden, sind die Mechanismen, die für die Auslösung und Regulierung des RCD verantwortlich sind, noch unzureichend definiert. In dieser Dissertation (Kapitel 4) habe ich die synergistische Aktivität von zwei pilzlichen Effektorenzymen, SiNucA und SiE5NT, als primären Auslöser des RCD identifiziert. Ihre Aktivität führt zur apoplastischen Produktion von Desoxyadenosin (dAdo), einer auf Purin basierenden Infochemikalie, die in den Wirtswurzeln die Stresssignale und RCD auslöst. Darüber hinaus identifiziere ich den äquilibrativen Nukleosid-Transporter ENT3 als Schlüsselkomponente sowohl von dAdo-induzierten, als auch S. indica-vermittelten Zelltod. Um die molekularen Reaktionen, die diesem Prozess zugrunde liegen zu entschlüsseln, wurden integrierte transkriptomische, proteomische und metabolomische Analysen angewandt. Diese Analysen ergaben erhebliche Überschneidungen mit bekannten RCD-Signalwegen und enthüllten zusätzliche Kandidaten für Infochemikalien, die an der Kommunikation zwischen Wirt und Mikrobe beteiligt sind. Um die Dynamik von Zelltodwegen in Pflanzen nachzuverfolgen, habe ich einen Hochdurchsatztest entwickelt, der die Fluorometrie der Pulsamplitudenmodulation (PAM) mit Konduktivitäts-Messungen kombiniert (Kapitel 3). Bei einem genetischen Screening mit dieser Methode wurde ein bisher nicht charakterisierter TIR-NLR-Rezeptor "Induced by S. indica" (ISI) als Modulator von Wurzelzelltod und als Regulator des durch dAdo ausgelösten RCD bestimmt, was die Rolle von dAdo als aktiver Immunmetabolit unterstützt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass ISI verschiedene Phänotypen des Wurzelzelltods moduliert und die Besiedlungsmuster von S. indica beeinflusst, was auf eine umfassendere Rolle bei der Regulierung mutualistischer Interaktionen hindeutet. Zusammengefasst, stützen diese Ergebnisse ein Modell, in dem synergistische Effektoraktivität und purinbasierte Signalübertragung RCD als Teil eines kontrollierten, mutualistischen Programms stark regulieren. Diese Arbeit definiert RCD neu als eine funktionelle Komponente nützlicher Symbiosen, die zur Gestaltung von mikrobiellen Nischen verwendet wird, deckt einen Schnittpunkt zwischen dem Purin-Stoffwechsel und Immunsignalen und erweitert das funktionelle Repertoire der TIR-NLR-Proteine über die klassische Pathogenresistenz hinaus (Kapitel 5). Diese Erkenntnisse bringen das aufstrebende Gebiet des pflanzlichen Immunmetabolismus voran und bieten einen konzeptionellen Rahmen für das Verständnis dafür, wie die Wurzelimmunität metabolische und mikrobielle Signale integriert.

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