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Die durch den Pilzerreger Verticillium longisporum bei Brassicaceen hervorgerufene vaskuläre Welke ist eine Krankheit, die in Nordeuropa zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Pathogenese und die Abwehrmechanismen dieser Krankheit sind nicht gut verstanden, vor allem weil der Pilz über die Wurzeln eindringt und versteckt im Xylem lebt. Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle und den Transportmechanismus extrazellulärer RNAs (exRNAs) bei der Interaktion zwischen dem Ascomyceten Verticillium longisporum (Vl) und der Kulturpflanze Brassica napus zu untersuchen. Dieses Pathosystem ermöglicht es uns, den Apoplasten und das Gefäßsystem der Pflanze als Schauplatz der Auseinandersetzungen zwischen Wirt und Pilz zu untersuchen. Das Projekt befasst sich mit drei Hauptfragen: (a) wie trägt der exRNA-Austausch zwischen dem pathogenen Pilz und dem Pflanzenwirt zum Infektionsprozess bei, (b) wie können exRNAs und Komplexe aus RNAs und RNA-bindenden Proteinen (RBPs) gezielt zwischen Wirt und Pathogen ausgetauscht werden, und (c) welche Funktionen haben exRNAs in Wirtszellen? In der ersten Förderperiode haben wir erfolgreich extrazelluläre Vesikel (EV)-assoziierte Proteine und RNAs aus Pilzflüssigkulturen charakterisiert. Außerdem konnten wir die phytotoxische Wirkung der EV-Fraktion aus V. longisporum in B. napus nachweisen. In der zweiten Förderperiode zielt unser Projekt darauf ab, den Mechanismus des exRNA-Transports vom Pilz zur Pflanze näher zu charakterisieren, den RNA-Transfer zu bestätigen und die Auswirkungen auf die Wirtszellen zu untersuchen. Während der ersten Förderperiode stellte sich heraus, dass sauberere EVs für die Bestandsanalysen von Vorteil wären. Daher werden wir in der zweiten Förderperiode unsere biochemische Expertise nutzen, um EVs aus Kultur zu subfraktionieren, Vl-EV-Marker zu etablieren, die EV-assoziierte Fraktion von Vl-infizierten Pflanzen zu charakterisieren, den RNA-Transfer auf Pflanzenzellen zu bestätigen und die Funktionen von Kandidaten-RNAs und RNA-bindenden Proteinen (RBPs) zu entschlüsseln. Durch die Kombination der Erkenntnisse aus den anderen Projekten des RU5116-Konsortiums können die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse in Zukunft in innovative RNA-basierte Pflanzenschutzstrategien umgesetzt werden.
Während der Interaktion von pathogenen oder symbiotischen Mikroorganismen und Pflanzen werden Moleküle ausgetauscht, die zur Bekämpfung oder auch zur Koexistenz der beiden Spezies beitragen. Eine wichtige Molekülklasse sind kleine RNAs und dieser Prozess ist auch als cross-kingdom RNAi bekannt. Solche kleinen RNAs brauchen allerdings die jeweilige zelluläre Maschinerie um Funktionen ausüben zu können. Die Bindung an ein Mitglied der Argonaute-Proteinfamilie ist hierzu entscheidend. Dieser komplexe Prozess wird als Argonaute loading bezeichnet und ist gerade im Bereich der Anwendung von kleinen RNAs in Pflanzen oder in cross-kingdom RNAi völlig unverstanden. Es ist daher das Ziel unseres Antrages die Beladung und die daraus resultierenden Interaktionen der jeweiligen Argonaute-Proteine genau zu verstehen. Hierzu planen wir Werkzeuge zur Isolation und spezifischen Inhibition von Argonaute-Proteinen zu entwickeln und diese in den verschiedenen biologischen Systemen der FOR zur Anwendung bringen. Wir planen die RNA- und Protein-Interaktionslandschaft der Argonaute-Proteine während des Kontaktes zwischen Pflanzen und Mikroorganismen genau zu untersuchen und zu charakterisieren. Darüber hinaus wollen wir post-translationale Modifikationen identifizieren und diese durch Mutationsanalysen in den jeweiligen Projekten mit der Effizienz von cross-kingdom RNAi in Verbindung bringen. Schließlich planen wir ein biochemisches in vitro System zu etablieren, was erlaubt den genauen Mechanismus des Transfers kleiner RNAs zwischen zwei phylogenetisch weit entfernten Spezies zu studieren. Die Expertise und die biologischen Systeme der FOR erlauben es unsere biochemische Expertise in diesen Systemen anzuwenden.
Wir haben eine tripartite Interaktion zwischen dem Bakterium Streptomyces iranensis, dem Pilz Aspergillus nidulans und der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii entdeckt, die durch das bakterielle Azalomycin F bestimmt wird. Azalomycin F induziert die Aktivierung des pilzlichen Orsellinsäure-Genclusters, andererseits schützt der Pilz die Grünalge vor dem Abtöten durch Azalomycin F. Im Projekt B02 sollen (i) die gerichtete Freisetzung von Azalomycin F in Richtung A. nidulans und C. reinhardtii, (ii) der Mechanismus der Aktivierung der pilzlichen ors Gene durch Azalomycin F, (iii) sowie die chemischen Mediatoren für die Freisetzung von Azalomycin F und die Anziehung der Grünalge durch den Pilz aufgeklärt werden.
Obwohl Mikroalgen wesentlich zur globalen CO2-Fixierung beitragen, sind ihre Interaktionen mit anderen Mikroben kaum bekannt. Wir haben entdeckt, dass das Bakterium Pseudomonas protegens das Wachstum der Bodenalge Chlamydomonas reinhardtii hemmt, sie entgeißelt und ihre Morphologie verändert. Daran ist eine Vielzahl bakterieller Waffen beteiligt, wie ein cyclisches Lipopeptid und ein Polyin. Die Interaktion wird von abiotischen und biotischen Faktoren beeinflusst. Wir werden nun die beteiligten Regulationsmechanismen im Detail untersuchen und sie mit einem marinen Chlamydomonas-basierten Modellsystem vergleichen, um zum Verständnis der Primärproduktion und zur Kontrolle von Algenblüten beizutragen.
Holzzersetzende Basidiomyceten wie der Hausschwamm Serpula lacrymans oder der Spaltblättling Schizophyllum commune interagieren miteinander sowie mit Bakterien wie Bacillus subtilis in ihrem Lebensraum. Die ausgetauschten Signalmoleküle beeinflussen Abbauraten, aber auch die mikrobielle Gemeinschaft. Mit dieser tripartiten Interaktion wollen wir untersuchen, wie Bakterien das Pilzwachstum beeinflussen (organismische Kommunikation) und wie Signale aufgenommen und intrazellulär verarbeitet werden (intrazelluläre Signaltransduktion). Dieses Verständnis kann im Holzschutz helfen, die Mikrobengemeinschaft gezielt zu beeinflussen.
Pflanzenpathogene verursachen Krankheiten, die 20-30 % der weltweiten Ernteproduktivität zerstören können. Pilzpathogene verursachen einige der zerstörerischsten Pflanzenkrankheiten. Das Verständnis ihrer Infektionsmechanismen bietet vielversprechende Möglichkeiten, neuartige Methoden zu entwickeln um ihre Ausbreitung zu verhindern, den Einsatz giftiger Chemikalien zu reduzieren und dadurch die Ernteproduktivität zu steigern. Wir benötigen jedoch neuartige und innovative Ansätze, um die mechanistischen Details der Virulenz der Pathogene zu entschlüsseln. In diesem Antrag werden wir untersuchen, wie der Brandpilz Grundnahrungsmittel wie Reis, Gerste und Weizen infiziert und dabei eine verheerende Pandemie verursacht, die die globale Ernährungssicherheit bedroht. Zu diesem Zweck werden wir modernste Technologien in der Röntgenkristallographie und der kryogenen Elektronenmikroskopie einsetzen, um mit dem höchsten jemals aufgezeichneten Detailgrad zu verstehen, wie der Pilz in die Pflanzen eindringt. Indem wir verstehen, wie dieser Pilz Pflanzen infiziert, tragen wir zur Entwicklung neuartiger Strategien zur Krankheitsbekämpfung bei, bewältigen eine kritische wirtschaftliche Herausforderung in der globalen Landwirtschaft und gewährleisten die Ernährungssicherheit für künftige Generationen.
Pflanzen integrieren Prozesse in zwei getrennten Sphären (Luft und Boden) mit unterschiedlichen wirtspflanzenabhängigen Organismen. Bisher sind kaum Mediatorsubstanzen der Inter-aktionen zwischen Blattfraßfeinden und wurzelbesiedelnden Organismen bekannt. Mittels Metabolomics und Transcriptomics werden Veränderungen in Wurzeln fraßgeschädigter Pflanzen charakterisiert und zugrundeliegende Signalwege identifiziert. In Feldversuchen werden, durch genetische Manipulation dieser Merkmale, deren ökologische Funktion in Interaktionen mit Bodenbakterien und -pilzen und Auswirkungen auf Pflanzenabwehr und -fitness untersucht.
| Organisation | Count |
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| Bund | 7 |
| Wissenschaft | 4 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 7 |
| License | Count |
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| Offen | 7 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 7 |
| Englisch | 7 |
| Resource type | Count |
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| Webseite | 7 |
| Topic | Count |
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| Boden | 1 |
| Lebewesen und Lebensräume | 7 |
| Mensch und Umwelt | 7 |
| Weitere | 7 |