Molekulare Mechanismen der MLA-vermittelten Resistenz

Die Erkennung von Pathogenen ist fur Pflanzen Vorraussetzung, um effektive Resistenz-antworten auszulosen. Ein Erkennungsmechanismus wird genetisch durch Flors Gen-fur-Gen Hypothese beschrieben, in der komplementare Genpaare in Wirt und Pathogen notwendig sind, um eine Isolat-spezifische Resistenzreaktion auszulosen. Diese Gene werden als Resistenz-(R) Gene im Wirt und rassenspezifische Avirulenz (Avr)-Gene im Parasiten bezeichnet. Der Mla-Locus in Gerste kodiert eine allelische Reihe von intrazellularen R-Proteinen, die rassenspezifische Resistenzreaktionen gegen den parasitaren Gerstenmehltau Blumeria graminis f. sp. hordei auslosen. Die zur Erkennung erforderlichen Pilzeffektoren werden von AvrMla Genen kodiert. Die ~107 kDa grosen MLA Proteine sind modular aufgebaut. Diese Module sind durch eine aminoterminale coiled-coil (CC)-Struktur, eine zentrale Nukleotid-bindende Domane (NB), eine Region mit Leucin-reichen Wiederholungen (LRRs) und eine carboxyterminale nicht-LRR Region (CT) charakterisiert. MLA Proteine losen eine Abwehrreaktion aus, die mit einem raschen programmierten Zelltod angegriffener Pflanzenzellen verbunden ist. Die Erkennungsspezifitat von MLA Proteinen wird durch die polymorphe LRR-CT-Region determiniert. Obwohl Mla-Resistenzgene offensichtlich allelische Proteinvarianten kodieren, lassen sich diese genetisch in mindestens zwei Gruppen unterteilen, deren Funktion von der Anwesenheit der Pflanzengene Rar1 und Sgt1 entweder abhangig oder unabhangig ist. Die Funktion mindestens eines Mla Resistenzalleles ist zudem vom zytoplasmatischen Chaperon HSP90 abhangig. Fundamentale biochemische Eigenschaften der MLA Proteine wurden in dieser Arbeit mit Hilfe transgener Gerstenlinien analysiert, in denen native 5� regulatorische Promotor-sequenzen die Expression von funktionalen und mit Epitop markierten MLA Proteinen vermitteln. Diese Untersuchungen zeigen, dass der uberwiegende Teil von MLA loslich ist und in allen untersuchten Organen der Pflanze nachgewiesen werde kann. Uberraschend war der Nachweis von MLA im Wurzelgewebe, da Mehltaupilze ausschlieslich epidermales Blattgewebe infizieren. Ergebnisse, nach denen die MLA-Abundanz vom Proteasom kontrolliert wird und MLA-Protein in vitro sumoyliert werden kann, deuten auf eine weitere Ebene in der posttranslationalen Kontrolle hin. Am Beispiel des MLA1 Proteins wurde die Existenz eines hochmolekularen MLA Komplexes von ca. 600-750 kDa mittels Saulenchromatographie und Blau-Nativer Gelelektrophorese nachgewiesen. Dies wird als erster Hinweis auf die Anwesenheit eines homomeren oder heteromeren Erkennungskomplex in gesunden Pflanzen interpretiert, der direkt oder indirekt die Anwesenheit des Pilzeffektors AVRMLA1 registrieren konnte. Die Proteine RAR1, SGT1 und HSP90 sind keine integralen Komponenten dieses Komplexes. Es ist aber moglich, dass diese Proteine eine regulatorische Funktion bei der Faltung von monomerem MLA und/oder der Komplexbildung ausuben. Die beiden exemplarisch untersuchten Proteine MLA1 und MLA6 sind in planta bei hoheren Temperaturen intrinsisch instabil. Dieses Ergebnis bietet eine mogliche Erklarung fur die haufig beobachtete Temperatursensitivitat der durch R-Proteine ausgelosten Resistenzreaktionen. Der mutmasliche Transkriptionsfaktor WRKY2 in Gerste wurde als Interaktor der CC Domane von MLA Proteinen uber das Zwei-Komponenten-System in Hefe isoliert. Diese Protein-Protein Interaktion erfordert nicht die Anwesenheit weiterer Hefeproteine, da deren Assoziation auch mit in vitro synthetisierten MLA und WRKY2 Proteinen in Co-Immuno-Prazipitationsexperimenten nachgewiesen werden konnte. Da die Expression von WRKY2 durch den Mehltaupilz induziert wird und WRKY2 mRNA in gesundem Blattgewebe nicht nachweisbar ist, werden Modelle diskutiert, in denen dieser Transkriptionsfaktor als eine potentielle Signaltransduktionskomponente der von MLA aktivierten Resistenzantwort funktioniert.