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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-02-04 - 2020-02-05

Piriformospora indica kolonisiert als Wurzelendophyt verschiedene Pflanzenarten, darunter die Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Dieser Pilz fördert Wachstum, Entwicklung sowie Samenproduktion der Wirtspflanze. Zusätzlich kann er die Resistenz gegen verschiedene biotische und abiotische Stressfaktoren erhöhen. Im Gegenzug entzieht dieser Endophyt Kohlenhydrate aus den kolonisierten Wurzeln. Es gibt Hinweise, dass P. indica für seine Entwicklung Hexosen wie Glukose und Fruktose bevorzugt, wobei hier die genauen Mechanismen noch weitgehend unbekannt sind. Daher ist das Ziel dieses Projektes, den Zuckermetabolismus in den mit P. indica kolonisierten Arabidopsis-Pflanzen näher zu untersuchen. Zusätzlich soll getestet werden, welchen Einfluss dieser durch den Pilz modifizierte Zuckermetabolismus auf die Entwicklung und Parasitierungsprozess der Zysten und Wurzelgallen Nematoden hat. Hypothetisch brauchen beide Organismen unterschiedliche Zuckermoleküle als primäre Energiequelle (P. indica – einfache Zuckermoleküle; Nematoden – unverarbeitete Saccharose) und wodurch sie sich stark beeinflussen. Das kann zur Folge haben, dass die Anfälligkeit gegen Nematoden durch die Pilzkolonisierung signifikant reduziert wird. Um diese Hypothese zu testen, werden Expressions-Muster einiger pflanzlicher Saccharosesynthase- (SUS) und Invertase- (INV) Gene analysiert. Diese kodieren für Enzyme, die für die Spaltung von Saccharose in Glukose und Fruktose verantwortlich sind. Des Weiteren sollen unterschiedliche SUS und INV Arabidopsis Mutanten hinsichtlich der Kolonisierungseffizienz von P. indica, der Enzymaktivität der INV, sowie der genauen Zusammensetzung des Zuckergehaltes der kolonisierten Pflanzen analysiert werden. Um die Mechanismen der resistenzsteigernden Wirkung des Pilzes genauer zu untersuchen, werden mittels split-root Systems die systemischen Effekte der P. indica-Kolonisierung auf den Parasitierungsprozess beider Nematodenarten näher charakterisiert. Hierzu werden Attraktions- sowie Infektionstests zur Untersuchung der unmittelbaren Auswirkung des Pilzes auf die Entwicklung der Nematoden durchgeführt. Um die Rolle der von P. indica sekretierten SUS und INV zu analysieren, wird der Pilz entsprechend transformiert, dadurch werden spezifische SUS oder INV Gene ausschaltet. Anschließend wird die Kolonisierungsrate des transformierten Pilzes sowie die Rolle der ausgeschalteten pilzeigenen Enzyme in der Interaktion mit der Pflanze und den Nematoden getestet. Die aus diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden das Verständnis über die Interaktion zwischen P. indica und Wirtspflanze erheblich erhöhen und können für die Entwicklung neuer Methoden zur Verbesserung der Pflanzenproduktivität und zum Schutz vor pflanzenparasitären Nematoden und anderer Schädlinge von Bedeutung sein.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2016-12-01 - 2017-09-30

In diesem Forschungsvorhaben soll ein bis jetzt an dem Paradeiser unerforschter endophytischer Pilz (Sebacina vermifera) auf sein Potential zur Erhöhung der Pflanzengesundheit untersucht werden. In ersten Untersuchungen konnten positive Effekte auf das Pflanzenwachstum festgestellt werden. Um diese Effekte genauer zu untersuchen, wird es in diesem Projekt sowohl Labor- als auch Glashausversuche geben. In den Laborversuchen wird das Potential von S. vermifera auf das Pflanzenwachstum und die Aktivierung der Pflanzenabwehr untersucht werden. Exemplarisch für andere Krankheitserreger wird ein bodenbürtiges Pathogen (Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici) in die Versuche integriert werden, um auch eine reale Krankheitsreduktion untersuchen zu können. Dabei werden sowohl Mikroskopie als auch molekulare Methoden eingesetzt werden. In einem zweiten Ansatz, der in einem Glashausversuch durchgeführt wird, soll das Potential von S. vermifera unter praxisnahen Bedingungen untersucht werden. Hierbei sollen auch Entwicklungsparameter wie Zeitpunkt der Blüte, Anzahl der Früchte und auch die Wurzelentwicklung untersucht werden. Weiters wird auch hier das bodenbürtige Pathogen, F. oxysporum, in die Versuche integriert werden. Durch dieses Projekt wird es möglich sein das Potential von S. vermifera für eine nachhaltige Tomatenproduktion besser einzuschätzen. Als mögliche Einsatzgebiete kommen sowohl der Unterglas-Anbau als auch der immer weiter expandierende Hobbygärtnerbereich in Frage. Im Unterglas-Anbau kann es durch eine Erhöhung der Widerstandskraft der Pflanzen zu einer weiteren Reduktion von Pflanzenschutzmitteln kommen. Und auch für den Hobbygärtnerbereich besonders auf extremen Standorten wie auf städtischen Balkonen und auch in Urban Farming Anlagen können endophytische Pilze zu einer nachhaltigen Wachstumsverbesserung und Ertragssicherheit beitragen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2016-03-01 - 2019-02-28

Antimikrobielle Peptide sind ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems in Tieren und Pflanzen. Eine Gruppe von Pflanzen-spezifischen antimikrobiellen Peptiden sind die Thionine welche durch 3 oder 4 Disulfidbrücken stabilisiert werden. Sie werden zunächst als Präproproteine produziert welche aus einem Signalpeptid, dem eigentlichen Thionin und einer sogenannten sauren Domäne bestehen. Die reifen Thionine wurden in Zellwänden, Vakuolen und Proteinkörpern gefunden. Um die saure Domäne zu entfernen ist ein Thionin Proprotein Prozessierendes Enzym (TPPE) notwendig. In einem vorangegangenen FWF Projekt wurde solch ein TPPE aus Gerste isoliert und als eine Subtilase identifiziert. Ein Gersten Thionin Proprotein wurde von dem rekombinanten TPPE korrekt prozessiert. Dabei wurde die saure Domäne an mehreren Stellen gespalten. Dies erklärt, warum ein der sauren Domäne entsprechendes Protein niemals aus Pflanzen isoliert wurde. Das Thionin selbst war durch seine dreidimensionale Struktur, welche durch die Disulfidbrücken stabilisiert wird, vor dem TPPE geschützt. In dem hier vorgestellten Projekt wird vorgeschlagen, diese Ergebnisse in der Pflanze zu bestätigen. Hierzu wäre Arabidopsis viel geeigneter als Gerste. Arabidopsis hat 4 Thioningene und eine Subtilase (AtSbt1.4) mit Homologie zum von uns isolierten Gersten TPPE. Die Arabidopsis Subtilase AtSbt1.4 und 2 verwandte Enzyme (AtSbt1.2 und AtSbt1.7) wurden bereits in einem Expressionsvektor kloniert, ebenso alle 4 Arabidopsis Thionin Proproteine. Die Prozessierung dieser Proproteine soll zunächst in vitro analysiert werden. Anschliessend würde die Prozessierung in Arabidopsis Keimlingen untersucht werden. Es würden weiter auch transgene Pflanzen erzeugt werden, welche mit einem kurzen Peptid-Marker versehene Proproteine produzieren. In Summe sollten diese Ergebnisse die Subtilase AtSbt1.4 als TPPE bestätigen. Weiters ist geplant, die Anforderungen an die Proteinsequenz zwischen Thionin und saurer Domäne zu untersuchen. Dies würde vor allem mit einer Reihe unterschiedlicher Peptide geschehen. Diese würden mit rekombinanter AtSbt1.4 inkubiert und die Spaltung anschliessend mit Massenspektrometrie untersucht. Ausserdem wird vorgeschlagen, die Lokalisierung der TPPE in der Zelle mit Hilfe von Antikörpern und GFP zu untersuchen. Wie viele pflanzliche Subtilasen enthält auch AtSbt1.4 eine PA Domäne und eine C-terminale Domäne über deren Funktion nicht viel bekannt ist. Es sollen deshalb AtSbt1.4 Mutanten erzeugt werden und deren Effekt auf die Prozessierung von Proproteinen untersucht werden. Ausserdem würde getestet werden, inwieweit diese beiden Domänen für die Lokalisierung des Enzyms innerhalb der Zelle wichtig sind.

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