Von Pflanzen und Pathogenen

Pflanzen sind aufgrund ihrer ortsgebundenen Lebensweise ständig Krankheitserregern ausgesetzt. Zur Abwehr verfügen sie über ein mehrschichtiges Immunsystem. Pathogene wie der Bakterienstamm Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv), der die Fleckenkrankheit bei Tomaten und Paprika verursacht, haben jedoch Mechanismen entwickelt, um diese Abwehr zu umgehen. Dies wirkt sich auch auf den Menschen aus, da die von Xanthomonas befallenen Pflanzen absterben und es zu Ernteausfällen kommt.

Charlotte Brinkmann nahm im Juni 2019 als Doktorandin ihre Arbeit in der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Frederik Börnke am IGZ (ehem. Forschungsgruppe „Pflanzenmetabolismus“) und hat nun ihre Promotion an der Universität Potsdam im vergangenen Monat erfolgreich abgeschlossen. Zweitbetreuer der Dissertation war Prof. Dr. Philip Wigge (Programmbereichsleitung „Pflanzliche Adaption“), als Mentorin fungierte der Dr. Katja Witzel (Forschungsgruppe „System Pflanze-Mikroorganismen“). Die Forschungsarbeit war Teil des von der DFG geförderten Projekts „Funktionelle Charakterisierung bakterieller Typ-III Effektoren in Pflanzen“ und trägt den Titel „Molecular Characterisation of the Xanthomonas Type III Effector XopM“.

Bakterielle Typ-III-Effektor Proteine werden in die Wirtspflanze geschleust und tragen dazu bei, die Immunantwort der Pflanze zu unterdrücken. In ihrer Arbeit konnte die Molekularbiologin zeigen, dass XopM das Wachstum eines nicht-pathogenen Bakterienstammes in Arabidopsis-Modellpflanzen fördert. Somit schwächt es die erste Abwehrbarriere, die „pattern-triggered immunity“ (PTI) der Pflanze. Zudem konnte Brinkmann nachweisen, dass XopM die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, eine der schnellsten PTI-Antworten, unterdrückt.

Ein zentrales Ergebnis der Forschung war die Identifizierung der Interaktion von XopM mit Proteinen der Wirtspflanze Tomate sowie den Modellpflanzen Tabak und Arabidopsis. Die Wechselwirkung des bakteriellen Effektorproteins mit den pflanzlichen VAP12-Proteinen (“vesicle-associated membrane protein (VAMP)-associated protein 1-2”) erfolgt über die „major sperm protein“ (MSP)-Domäne von VAP12. Dabei konnten für die Interaktion entscheidende Aminosäuren des Wirtsproteins identifiziert werden. In XopM wurden zwei sogenannte FFAT-Aminosäuremotive als essenziell identifiziert, die häufig in Proteinen vorkommen, die mit VAPs interagieren.

Weitere Interaktionspartner von XopM waren Proteine, die unter anderem für den Vesikeltransport verantwortlich sind und deren Funktion als Wirtszelle für bakterielle Typ-III-Effektor Proteine bereits bekannt ist. Der Vesikeltransport ist ein wichtiger Mechanismus, um Proteine an den Ort in der Zelle zu befördern, wo sie ihre Funktionen ausführen können.

Obwohl weitere Untersuchungen notwendig sind, um den genauen Mechanismus der Virulenz von XopM zu verstehen, trägt diese Studie dazu bei, die komplexen Interaktionen zwischen Pathogenen und pflanzlichen Immunsystemen besser zu begreifen. Langfristig könnten die gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung krankheitsresistenter Tomaten- und Paprikapflanzen beitragen.

Charlotte Brinkmann engagierte sich als Doktorand*innen-Vertreterin am IGZ für die Belange der Promovierenden. Darüber hinaus setzte sie sich aktiv für die Sichtbarkeit von LGBTQ+ und Frauen* in den Wissenschaften ein und war seit 2021 Mitorganisatorin der jährlichen Soapbox Science Veranstaltung während der Berlin Science Week.

Wir gratulieren Dr. Charlotte Brinkmann zur abgeschlossenen Promotion und wünschen ihr alles Gute für ihre berufliche Zukunft!

Weiterführende Informationen
Brinkmann, C.; Bortlik, J.; Raffeiner, M.; Üstün, S.; Börnke, F. (2024) XopM, a FFAT motif containing type-III effector protein from Xanthomonas, suppresses PTI responses at the plant plasma membrane. bioRxiv 2024.03.06.583702; doi: https://doi.org/10.1101/2024.03.06.583702 (Pre-Print)

Projektbeschreibung "Funktionelle Charakterisierung bakterieller Typ-III Effektoren in  Pflanzen"