Chitin signalling - A third defence pathway in grapevine
Creators: name: Sofi Ghafoor, Karwan
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2022
Subjects: Plant innate immunity
chitin
grapevine
calcium channels
signalling

description: In Pflanzen existieren zwei Ebenen an Immunität gegenüber Pathogenen -eine basale, welche durch die sogenannten Pathogen-assoziierten molekulare Muster (PAMPs) ausgelöst wird und einem Großteil der Mikrobien gemein sind, sowie einer dieser übergeordneten, PAMPausgelösten Immunität, welche sich über einen Koevolutionsprozess zwischen Wirt und Pathogen spezifisch entwickelt hat und dadurch gegen ein sehr spezifisches Spektrum an Pathogenen effektiv ist. Die Weinrebe ist die Nutzpflanze mit dem höchsten Ertrag pro Areal. Ihr Anbau ist jedoch durch einen enormen Einsatz an Pflanzenschutzmitteln, für den Kampf gegen mikrobielle Pathogene wie dem Falschen Mehltau (Downy Mildew) und dem Echten Mehltau (Powdery Mildew), geprägt. In Europa werden dadurch knapp 70 % an Fungiziden für den Weinbau eingesetzt. Das Züchten von resistenten Weinrebensorten war bislang eine erfolgreiche Strategie, um die ökologischen und ökonomischen Schäden zu reduzieren. Jedoch wurde hierfür immer ein einziger, resistenz-vermittelnder Genabschnitt über Introgression aus einer amerikanischen Weinrebe für die hiesigen Weinreben gewonnen. Der ökonomische Erfolg dieser neuen Varianten hat jedoch bereits eine weitere Runde an chemischer Kriegsführung zwischen Wirt und Pathogen eingeläutet. Chitin, eine grundlegende strukturelle Komponente der pilzlichen Zellwand, ist gut als pathogen-assoziiertes molekulares Muster (PAMP) bekannt. In Pflanzen werden Pilze über die Erkennung von konservierten PAMPs erkannt und damit die Abwehr aktiviert. Diese geht einher mit einem Kalziumeinstrom in die Zelle, einer Mitogen-aktivierten Proteinkinasen (MAPK) Kaskade, Phytoalexin-Produktion, ROS-Bildung und Expression spezifischer verteidigungsrelevanter Gene. Jedoch treten diese molekularen Signale räumlich und zeitlich getrennt zueinander auf und es können verschiedene Signalkaskaden - je nach zugrundeliegendem Stresstyp - reguliert und aktiviert werden. In unserem Labor wurden zuvor bereits die zellulären und molekularen Antwortmechanismen im Zuge der Verteidigung gegenüber eines der wichtigsten PAMPS, dem bakteriellen Flagellin, welches die Verteidigungsreaktionen gegen alle Bakterien aktiviert, entschlüsselt. In der hier vorliegenden Arbeit wurde Chitin als zweitwichtigster Vertreter der PAMPs und als Auslöser der pflanzlichen Immunantwort gegen Pilze, wie dem Echten und dem falschen Mehltau, untersucht. Als Induktor wurde Chitosan, eine deacetylierte Variante des Chitins, verwendet, welche ebenfalls die Immunantwort der Pflanzen auslösen kann. Durch die Verwendung der nordamerikanischen Weinrebe Vitis rupestris TuB6-GFP, welche gegenüber dem Falschen Mehltau resistent ist, und die Verwendung von V. vinifera ´Chardonnay´, einer fluoreszent mit GFP-markierten AktinMarkerzelllinie (GFP-AtFABD2), wurde die Rolle der Aktin Filamente in dem Chitin-ausgelösten Signalweg untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Chitosan den Kalziumeinstrom und die damit messbar einhergehende apoplastische Alkalisierung, sowie deren dadurch ausgelösten Regulation verschiedener Stoffwechselwege über die Aktivierung einer NADPH Oxidase, die Produktion von Phytoalexinen und die Expression verteidigungsrelevanter Gene steuert. Diese Erkenntnisse zeigen, dass Chitosan einen neuen Weg der Abwehrmechanismen von Pflanzen aktiviert.