Molekulare Mechanismen der MLA-vermittelten Resistenz

Abstract

Die Erkennung von Pathogenen ist für Pflanzen Vorraussetzung, um effektive Resistenz-antworten auszulösen. Ein Erkennungsmechanismus wird genetisch durch Flors Gen-für-Gen Hypothese beschrieben, in der komplementäre Genpaare in Wirt und Pathogen notwendig sind, um eine Isolat-spezifische Resistenzreaktion auszulösen. 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 intrazellulären R-Proteinen, die rassenspezifische Resistenzreaktionen gegen den parasitären Gerstenmehltau Blumeria graminis f. sp. hordei auslösen. Die zur Erkennung erforderlichen Pilzeffektoren werden von AvrMla Genen kodiert. Die ~107 kDa großen MLA Proteine sind modular aufgebaut. Diese Module sind durch eine aminoterminale coiled-coil (CC)-Struktur, eine zentrale Nukleotid-bindende Domäne (NB), eine Region mit Leucin-reichen Wiederholungen (LRRs) und eine carboxyterminale nicht-LRR Region (CT) charakterisiert. MLA Proteine lösen eine Abwehrreaktion aus, die mit einem raschen programmierten Zelltod angegriffener Pflanzenzellen verbunden ist. Die Erkennungsspezifität 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 abhängig oder unabhängig ist. Die Funktion mindestens eines Mla Resistenzalleles ist zudem vom zytoplasmatischen Chaperon HSP90 abhängig. 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 überwiegende Teil von MLA löslich ist und in allen untersuchten Organen der Pflanze nachgewiesen werde kann. Überraschend war der Nachweis von MLA im Wurzelgewebe, da Mehltaupilze ausschließlich 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 Säulenchromatographie 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 könnte. Die Proteine RAR1, SGT1 und HSP90 sind keine integralen Komponenten dieses Komplexes. Es ist aber möglich, dass diese Proteine eine regulatorische Funktion bei der Faltung von monomerem MLA und/oder der Komplexbildung ausüben. Die beiden exemplarisch untersuchten Proteine MLA1 und MLA6 sind in planta bei höheren Temperaturen intrinsisch instabil. Dieses Ergebnis bietet eine mögliche Erklärung für die häufig beobachtete Temperatursensitivität der durch R-Proteine ausgelösten Resistenzreaktionen. Der mutmaßliche Transkriptionsfaktor WRKY2 in Gerste wurde als Interaktor der CC Domäne von MLA Proteinen über 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-Präzipitationsexperimenten 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