Zelluläre Signaltransduktion
MAMP-vermittelte Calcium-abhängige Signaltransduktion
Die nach MAMP-Perzeption ausgelöste schnelle Erhöhung des intrazellulären Calciumlevels führt zu einer Reihe von Abwehrmechanismen in der pflanzlichen Zelle. Um potentielle Calciumkanäle oder Regulatoren der Calciumhomöostase zu identifizieren, wurde speziell nach Arabidopsis-Mutanten mit veränderter Calciumregulation nach vorangegangener MAMP-Elizitierung gesucht. Dafür wurden EMS-mutagenisierte Arabidopsis-Mutanten mit flg22 behandelt, einem aus 22 Aminosäuren bestehenden Fragment des bakteriellen Flagellins, das als starke MAMP-Struktur bekannt ist. Die Arabidopsis-Mutanten exprimieren zusätzlich den Aequorin-Calcium-Reporter. Dieses Photoprotein emittiert nach Zugabe von Calciumionen blau-grünes Licht, und fungiert damit als Sensor für veränderte intrazelluläre Calciumkonzentrationen.
Mit dieser Methode konnten bisher Mutationen im flg22-Rezeptor und in anderen Rezeptor-assoziierten Proteinen nachgewiesen werden. Neue Kandidatengene könnten beispielsweise in die Kontrolle der Homöostase von sekundären Botenstoffen, oder in frühe MAMP-vermittelte Signaltransduktionswege involviert sein. (Projektfinanzierung: Plant Micro SPP1212).
![Bild 1: Lumineszenz-basierte Darstellung von veränderten [Ca2+]-Konzentrationen in der Zelle in Minuten nach Behandlung mit flg 22 (F) oder Wasser (W).](uploads/pics/3da3a22866.jpg "Bild 1: Lumineszenz-basierte Darstellung von veränderten [Ca2+]-Konzentrationen in der Zelle in Minuten nach Behandlung mit flg 22 (F) oder Wasser (W).")
Mitogen-aktivierte Proteinkinasen (MAPKs) und ihre Rolle bei der pflanzlichen Abwehr
MAPK-Signalkaskaden kontrollieren die Expression bestimmter Abwehrgene. Die gleichen MAPK-Komponenten, die bei der Abwehr von Pathogenen eine Rolle spielen, sind jedoch außerdem in der Regulation von allgemeinen Entwicklungsprozessen in der Pflanze beteiligt. Wie in der Zelle ein fehlerhafter Crosstalk zwischen beiden Signalwegen verhindert wird, ist nicht ganz klar. Denkbar wären die Organ-/Gewebe-spezifische Expression der einzelnen MAPK-Komponenten, MAPK-Substratdiversitäten sowie die Präsenz von Signalweg-spezifischen Proteinkomplexen.
Um MAPK-Substrate und interagierende Proteine zu isolieren, werden verschiedene Strategien verfolgt. Diese umfassen Hefe-Zwei-Hybrid-Studien, biochemische Isolierung von MAPK-interagierenden Proteinen, Proteinarray-basierte Screening-Methoden nach MAPK-Substraten und gerichtete Phosphoproteomanalysen. Derzeitige Studien befassen sich mit der Untersuchung von Kinasesubstraten, die als „Effektoren“ der MAPK-Signaltransduktionswege fungieren. (Projektfinanzierung: SFB648, Excellenznetzwerk Biowissenschaften, ERA-NET- Plant Genomics, ProNET-T3).
Abwehr-basierte Proteomanalysen
Ein limitierender Faktor bei der Identifizierung und Detektion neuer Komponenten durch Proteom-basierte Studien ist die meist sehr niedrige Konzentration interessanter Proteine. Deshalb wurden neue Methoden zur Fraktionierung und Abreicherung stark abundanter Proteine wie z.B. Rubisco etabliert. Unter Verwendung des AvrRpm1-Rpm1-Gen-für-Gen-basierten Avirulenz-Resistenzsystems konnten Proteine identifiziert werden, die in anderen Proteom- oder Transkriptomstudien bislang noch nicht nachgewiesen wurden. Beispiele sind eine PP2C-typische Phosphatase und ein potentielles membranassoziiertes Lipid-Raft Protein. Laufende Experimente sollen Aufschluss über die Funktionen beider Proteine während der pflanzlichen Pathogenabwehr geben.
