Interaction between two bacteriophytochromes and their signal transduction in Agrobacterium fabrum
Creators: name: Xue, Peng
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2019
Subjects: Agrobacterium fabrum
phytochrome
protein interaction
plant infection
interbacterial competition

description: Agrobacterium fabrum ist ein nicht photosynthetisch aktives, gramnegatives, stäbchenförmiges Bodenbakterium welches die Bildung von Wurzelhalsgallentumoren in mindestens 140 Arten von Dikotyledonen und Gymnospermen auslösen kann. Die Tumorbildung wird durch den Transfer der T-DNA, einem Bereich auf dem Ti-plasmid, in das Pflanzengenom initiiert. Für diesen Transfer von DNA wird das sogenannte Typ-IV-Sekretionssystem verwendet. Frühere Ergebnisse unserer Gruppe zeigten, dass weißes Licht die Infektion des Stamms der Gurkenpflanzen (Cucumis sativus) mit A. fabrum unterdrückt. Lichtwahrnehmung wird über Photorezeptor-Proteine wie z.B. Phytochrome ermöglicht. Von diesen Rotlichtrezeptoren gibt es zwei in Agrobacterium fabrum, genannt Agp1 und Agp2. Auch die Konjugation, ein ähnlicher Prozess bei dem einzelsträngige Plasmid-DNA an benachbarte Bakterien weitergegeben wird, sowie auch die Bewegung von A. fabrum zeigen eine Phytochrom-abhängige Regulation. Neben dem Typ-IV-Sekretionssystem besitzt A. fabrum auch noch das Typ-VI-Sekretionssystem, welches für die interbakterielle Kompetition nötig ist. Das T6SS dient hierbei der Übertragung von toxischen Proteinen an benachbarte Bakterien. In dieser Arbeit wurden Wildtyp- und Phytochrom-Mutanten Stämme von A. fabrum genutzt, um die Funktion der beiden Phytochrome näher zu bestimmen. Es wurde herausgefunden, dass sowohl die Mutanten ohne Phytochrom, als auch die Mutanten mit nur einem Phytochrom schneller wachsen als der Wildtyp. Die gleichen Stämme wurden auch dafür verwendet, den Einfluss von Phytochrom auf die Infektion der Stämme und Blätter von Nicotiana Benthamiana in Dunkelheit und unter kontinuierlichem Rotlicht bei Raumtemperatur zu untersuchen. Die Phytochrom-Doppelmutante zeigte einen negativen Einfluss auf die Infektion. Zudem konnte ein Agp1 inhibierender, sowie ein Agp2 fördernder Effekt von Rotlicht gefunden werden. Um herauszufinden, ob es eine Interaktion zwischen den Phytochromen Agp1 und Agp2 gibt, wurden verschiedene Experimente, darunter Größenausschlusschromatographie, Photokonversion, Dunkelreversion, Autophosphorylierung und Messungen bezüglich der Chromophorassemblierungskinetik, durchgeführt. In allen Ansätzen zeigten die von den Mixturen der beiden Phytochrome erhaltenen Daten Unterschiede gegenüber den unter der Annahme einer fehlenden gegenseitigen Beeinflussung der beiden Phytochrome erwarteten Einzelmessungen und deuten dadurch darauf hin, dass es eine direkte Interaktion in vitro gibt. Diese Interaktion legt ein in vivo Zusammenwirken der beiden Phytochrome nahe. Die Quantifizierung der Expressionslevel des Proteoms in WT A. fabrum und der Phytochrom-Doppelmutante zeigt, dass bei Anwesenheit von Phytochrom die Expression des für die Konjugation notwendigen Proteins traA (Atu5111) begünstigt wird. Zusätzlich konnten Einflüsse auf das an der Chemotaxis beteiligte Protein mcpC (Atu0872), das Flagellenprotein motC (Atu0570) und des Pilusprotein (Atu0220) nachgewiesen werden. Zudem wurden Effekte auf das Hämolysin-coregulierte Protein (Atu4345) und das Toxin Atu4347 des T6SS beobachtet. Es wurden Kompetitionsexperimente mit Wildtyp A. fabrum bzw. mit der Phytochrome-Doppelmutante durchgeführt, indem sie mit Bodenbakterien inokuliert, die DNA extrahiert und anschließend die hypervariable Region V2 der 16S rRNA analysiert wurde, um die Zusammensetzung der Bakterienmixtur herauszufinden. Zusammengefasst legen die Ergebnisse der Proteomuntersuchung und der Kompetitionsexperimente nahe, dass das Vorhandensein von Phytochromen die interbakterielle Konkurrenzfähigkeit verbessert und dadurch die Überlebensrate von A. fabrum erhöht.