Untersuchung der Fallenbildung und Anwendung des Nematoden-fangenden Pilzes Duddingtonia flagrans
Creators: name: Wernet, Valentin
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2022
Subjects: Duddingtonia flagrans
Nematoden fangende Pilze
filamentöse Pilze
Fallenbildung

description: Nematoden-fangende Pilze (NFP) bilden komplexe Fallenstrukturen mit ihren Hyphen aus, um Nematoden zu fangen und zu verdauen. Als natürliche Antagonisten besitzen sie ein großes Potenzial zur biologischen Schädlingsbekämpfung von pflanzen- sowie tierparasitärer Nematoden. Die Bildung der Fallen ist der Hauptindikator des Wechselns vom saprothrophen zum räuberischen Lebensstil. Die molekularen Mechanismen der Fallenbildung sind bisher kaum untersucht. In dieser Arbeit wurde die Fallenbildung des NFP Duddingtonia flagrans untersucht, der dreidimensionale klebrige Fallennetzwerke ausbildet. Während des Ringschlusses kommt es zu einem Zelldialog, indem eine kleine Hyphenspitze in Richtung der sich bildenden Falle wächst. Normalerweise findet man in filamentösen Pilzen Zellfusionen (Anastomosen) bei Keimlingen oder vegetativen Hyphen. Im Pilz Neurospora crassa wurde ein Zelldialog-Modell entdeckt, welches durch die zeitliche und räumliche Anordnung einer Mitogen-aktivierten Proteinkinase und einem weiteren Signalprotein reguliert wird. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass das Zelldialog-Modell aus N. crassa in D. flagrans bei der vegetativen Zellfusion aber auch während der Fallenbildung konserviert ist. Die Proteine MakB, SofT, HexA, und HamA waren dabei für die Interaktion notwendig. Während SofT in oszillierenden Phasen an der Plasmamembran interagierender Zellen lokalisierte, zeigte MakB eine oszillierende Akkumulation in den Zellkernen. Die Zellfusion während der Fallenbildung war in Gendeletionsmutanten von sofT, makB, hexA und hamA gestört, und führte zu ungeschlossenen Ringfallen, die jedoch weiterhin klebrig waren und Nematoden fingen. Die Lokalisation von SofT war dabei abhängig vom Woronin Körper Protein HexA. Diese Ergebnisse deuten auf eine Regulation des Zelldialogs bei der Fallenbildung am Septum hin. Die Fallenbildung wird bei Nährstoffmangel nicht nur durch Anwesenheit von Nematoden, sondern auch durch verschiedene Bakterien induziert. Durch einen Zufallsbefund wurden Bakterien der Gattung Delftia identifiziert, die die Fallenbildung in D. flagrans induzierten, wenn die SofT Lokalisation fehlte oder das Gen deletiert war. Für die reprimierende Funktion des Proteins war das Vorhandensein des N-Terminus mit einer konservierten Protein-Protein-Interaktionsdomäne notwendig. Damit wurde eine neue Funktion des SofT Proteins bei der Induktion der Fallenbildung beschrieben.Die Krümmung der Falle ist mit der Ascogonienbildung des Pilzes Sordaria macrospora vergleichbar, bei der der striatin-interacting phosphatase and kinase (STRIPAK) Komplex beteiligt ist. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Deletion der STRIPAK Komponente SipC (STRIP1/2) zu unvollständigen, säulenartigen Fallen mit stark verlängerten Kompartimenten führte. Die Lokalisation der Fallenspezifischen Serinprotease P12 zeigte den Verlust der Lokalisation beim Übergang von Fallen- zu vegetativem Wachstum in der ∆sipC Mutante. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Fallenkompartimente ihre Fallenidentität verloren hatten. Ein vergleichbarer Effekt wurde durch die Zugabe der Aktin-depolymerisierenden Chemikalie Cytochalasin A beobachtet. Diese Ergebnisse deuten auf eine Rolle des STRIPAK Komplexes und des Aktinzyoskeletts bei der Bestimmung der Fallenidentität hin. Das Anwendungspotenzial von D. flagrans wurde in Infektionsstudien mit dem Wein-pathogenen Nematoden Xiphinema index untersucht. Es wurde eine X. index Zucht im Labor etabliert und Infektionsstudien an Feigenkeimlingen durchgeführt. Durch die Zugabe von D. flagrans kam es in vitro zu einer starken Verminderung von X. index. In Versuchen mit Topfkulturpflanzen wurde nach 40 Tagen Co-Inkubation eine Verringerung der Nematoden Jungtiere durch D. flagrans erzielt. Weiterhin wurden unterschiedliche NFP aus Erde eines Weinguts angereichert. Auch D. flagrans zeigte erfolgreiches Wachstum in der getesteten Erde des Weinguts, sodass in diesem Umfeld NFP zur biologischen Schädlingsbekämpfung von Nematoden einsetzbar wären.