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Projekte

Molekulare Mykologie und Mykoparasitismus 
WIPSTA - Wirt-Induzierte PolaritätsSTressAntwort

Aufklärung des SAPK/GTPase Signalnetzwerkes, das die Anpassung an wirt-induzierten Polaritätsstress in Trichoderma atroviride reguliert.

Filamentöse Pilze der Gattung Trichoderma sind leistungsfähige Mykoparasiten, die pflanzenpathogene Pilze töten können und daher als sogennante Biokontrol-Pilze zum Schutz von Nutzpflanzen in der Landwirtschaft Anwendung finden. WIPSTA baut auf die phänomenologischen Erkenntnisse von T. tip auf und untersucht die molekularen Mechanismen, die die Pilz-Pilz Interaktion zwischen dem Mykoparasiten Trichoderma atroviride und pflanzenpathogenen Wirtspilzen regulieren.

 

tipstress

 

Chemisches Tauziehen zwischen Mykoparasit und Beutepilz. (A)  Bevor Botrytis cinerea (zytoplasmatisches GFP) von T. atroviride chemisch angegriffen wird erweitert sich die apikale Zellwand schnell und zeigt daher nur eine sehr schwache Färbung mit dem Chitin-spezifischen Fluoreszenzfarbstoff KongoRot (CR, Pfeile). (B) Sobald der chemische Angriff Effekt zeigt, stoppt das polare Spitzenwachstum und führt zu Anschwellen der Hyphenspitze und verstärkten Einlagerung von Chitin in der apikalen Zellwand (Pfeile). (C) Schlussendlich führt die Lyse der Hyphenspitze zum Auslaufen von Zytoplasma (Sternchen), welches dem Mykoparasiten als Nahrstoffsubstrat dient. (D) Fluoreszente Biosensoren für polares Spitzenwachstum (CRIB Reporter aus unserem T. tip Projekt) zeigen, dass das normale Hyphenwachstum von T. atroviride (linke Vergößerung) aber auch von der Anwesenheit des Beutepilzes B. cinerea (rotes Zytoplasma, rechte Vergößerung) beeinträchtgt wird. Da dieser Effekt ausschließlich in der unmittelbaren Nähe zu Hyphen des Beutepilzes auftritt ist es höchstwahrscheinlich die Konsequenz einer Abwehrantwort. Die drei Punkte symbolisieren die größere Distanz zwischen den beiden dargestellten Regionen dieser Bildmontage.

 

Unsere neusten Erkenntnisse zeigen, dass T. atroviride bestimmte Stresssignale der Abwehrreaktion des Wirtspilzes nutz um sein Wachstum dem Stress so anzupassen, dass er aggressiver angreifen und töten kann. Das ist ungwöhnlich da Pilzhyphen üblicherweise den Stressstimulus vermeiden und ihr Wachstum in eine andere Richtung ausrichten. Der Vergleich unterschiedlicher Wirtspilze deutet an, dass Trichoderma seine Stressantwort Wirts-spezifisch anpassen kann.

Unsere Arbeitshypothese ist das Trichoderma dafür eine ‘Aktin-Stress Antwort’ verwendet. Das bedeuted, dass der Abbau des wichtigen Zytoskelletelements Aktin als Folge des wirt-induzierten Polaritätsstresses als intrazelluläres Signal genutzt wird um das Hyphenwachstum anzupassen. Mit dem WIPSTA Projekt werden wir den Signalweg untersuchen, der der ‘Aktin-Stress Antwort’ zugrundeliegt.

 

bild3

 

Stressantwort Signalweg in S. cerevisiae. (A) Osmotischer Stress wird mittels der MAPK Hog1 als SAPK über den HOG MAPK Signalweg wahrgenommen und führt zu Zellzyklusarrest und F-Aktin Zerfall. (B) Das Binden von Aktin Monomeren an die regulatorische Domäne der HOG MAP3K Ssk2 wiederum löst den Polarisom-vermittelten Wiederaufbau von F-Aktin aus. Diese Bilder wurden von der Homepage des Amberg Labors der Medizinischen Upstate Universität, New York, entnommen. Nachfolgende Forschung zeigte, dass  Signalaustausch mit MAP Kinasen des CWI Signalweges die (?) Positionen auf dem Weg zur Aktin Wiederherstellung ausfüllen können.

 

Dafür werden wir neuartige molekulare und mikroskopische Technologien nutzen, die es uns erlauben die Zellfunktion von Proteinen zu modifizieren und zu charakterisieren. Eine dieser neuartigen Technologien, die in dieser Organismengruppe bisher noch nicht verwendet wurde, ist die Optogenetik. Damit können die Eigenschaften von gentisch modifizierten Proteine mit Licht so stimuliert werden, dass sie zum Beispiel ihre Aktivität verlieren, ihre Lokalisation ändern oder keine Protein-Protein Interaktionen mehr eingehen können. Diese und anderen hoch-moderne Technologien werden es uns erlauben die individuelle Funktion von Proteinen auf eine Art und Weise charakterisieren zu können wie es bisher nicht möglich war.

Aus den gewonnenen Daten wird eine Karte des Signalweges generiert, die uns ein tiefergehendes Verständnis seiner Funktion im Mykoparasitismus ermöglicht. Das ist wichtig um bessere Biokontrolstrategien entwickeln zu können.

 

Cdc42

 

Cdc42 Aktivitätscluster bilden sich durch positive Rückkopplung. (A) der PAK-Bem1-Cdc24 Komplex aktiviert Cdc42 an der Plasmamembran. (B) Die Zusammenlagerung weiterer Polaritätskomponenten vergrößert den Cluster. (C) Gezielte Sekretion entlang ableitender F-Aktinkabel erweitert den Zellcortex nach Aussen (modifiziert aus Chio et al., 2017)

 

Zur Zeit ist unsere Kenntnis über die Wirkmechanismen von mykoparasitischen Pilzen noch zu begrenzt um eine umfassendere Nutzung von Biokontrol-Pilzen zu erlauben. Das wird aber immer wichtiger um Umwelt- und Gesunheitschäden durch den zu intensiven Verbauch von chemischen Fungiziden zu verhindern und die weltweite Nahrungsmittelproduktion für unsere wachsende Bevölkerung zu sichern.

 

Teammitglieder

Alexander LichiusAlexander Lichius, PI

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Internationale KooperationUniversity of Oxford

Mark FrickerMark Fricker

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