Identifizierung von Mechanismen zur Adaption an Pathogenstress unter salinen Bedingungen in Arabidopsis thaliana

Abstract

Pflanzen sind in ihrer natürlichen Umgebung häufig multiplen Stressfaktoren ausgesetzt. Dank eines fein abgestimmten Netzwerkes regulatorischer Elemente sind sie in der Lage sich individuell an verschiedenste Stresskombinationen anzupassen. Gegenstand dieser Arbeit war die Betrachtung der Signalwege und Mechanismen, die in durch erhöhte Bodensalinität vorgestressten Pflanzen, welche einem zusätzlichen Befall durch Pathogene ausgesetzt sind, ablaufen. Durch NaCl vorgestresste A. thaliana-Pflanzen zeigten eine deutlich erhöhte Anfälligkeit gegenüber den Pathogenen P. syringae, A. brassicicola und B. cinerea. Neben den signifikant stärker ausgeprägteren Infektionsmerkmalen ließ sich eine Beeinflussung bekannter Stressmarkergene aufgrund des angewandten Salzstresses beobachten. Eine mögliche Ursache hierfür wäre eine verminderte MAMP-Antwort. Mit NaCl-behandelte Pflanzen wiesen jedoch, nach Behandlung mit Flagellin oder Chitin weder reduzierte MAP-Kinasen-Aktivitäten auf, noch war die Anreicherung von Callose verringert. Die erhöhte Anfälligkeit vorgestresster A. thaliana-Pflanzen ließe sich auch durch die Beeinträchtigung des Phytohormonhaushaltes begründen. Die nähere Analyse der Interaktion salzgestresster Pflanzen mit B. cinerea zeigte die signifikant erhöhte Anreicherung der Phytohormone JA, SA und ABA auf. Die Anreicherung von ABA konnte bereits nach alleiniger Applikation des Salzstresses beobachtet werden. Durch den ABA-Inhibitor Fluridon ließ sich die ABA-Akkumulation teilweise hemmen und gleichzeitig die Toleranz von A. thaliana-Pflanzen gegenüber dem Pilz B. cinerea unter salinen Bedingungen verbessern. Dementsprechend begünstigte die exogene Behandlung der Pflanzen mit ABA die Pathogenität des Pilzes signifikant. Diese Beobachtung geht konform mit der bereits zuvor dokumentierten dominanten Stellung von ABA im regulatorischen Netzwerk der Stressadaption, bekräftigt dessen Prominenz und könnte zur erhöhten Anfälligkeit von NaCl-behandelten Pflanzen führen. Mittels Microarray-Analyse gewonnene Daten belegten zudem die deutlich erhöhte Veränderung des gesamten Transkriptoms, einschließlich der betrachteten Transkriptionsfaktoren, nach NaCl-Behandlung und gleichzeitiger B. cinerea-Infektion. Die transkriptionellen Veränderungen ließen sich dabei nicht auf die Addition der Geninduktionen unter Einzelstress zurückführen. Dies weist auf eine, für die spezifische Kombination der untersuchten Stressfaktoren, einzigartige Regulation hin und ist somit eine mögliche Ursache für die verminderte Toleranz. Infektionsstudien mit den in Stressreaktionen involvierten TFs WRKY25 und WRKY75 zeigten eine veränderte Induktion der beiden TFs in der Stresskombination auf. Die Knockout-Mutante wrky25 wies, ebenso wie die Überexpressionslinie WRKY75-OE, im Vergleich zur Wasserkontrolle, ein vermindertes B. cinerea Wachstum in den durch NaCl vorgestressten Pflanzen auf. Die Identifikation und Manipulation weiterer Gene, die in der Stresskombination eine prominente Signalstellung einnehmen, könnten zur Aufklärung der multiplen Stressadaption beitragen. Hierbei wäre die Betrachtung der in der Microarray-Studie identifizierten Gene, deren Expressionsänderungen spezifisch für die Stresskombination waren, möglicherweise aufschlussreich.