Nutzung von „Omics“-Daten zur Analyse der Interaktion zwischen Kartoffel und Kartoffelkrebs

Abstract

Die Kartoffel ist ein Wirt für eine Vielzahl von Erregern. Ein bedeutender Vertreter stellt Synchytrium endobioticum dar, der Erreger des Kartoffelkrebses. Bei diesem Pathogen handelt es sich aufgrund seiner schweren Bekämpfbarkeit um einen Quarantäneschaderreger. Eine chemische Bekämpfung des Erregers ist nicht möglich, hauptsächlich der Anbau resistenter Sorten kann zu einer Eindämmung der Krankheit führen. S. endobioticum ist ein obligat biotropher, bodenbürtiger Pilz der Ordnung Chytridiales. Er zeichnet sich durch die Bildung von Dauersporen aus, welche unter optimalen Bedingungen bis zu 40 Jahre im Boden überdauern und eine erneute Infektion hervorrufen können. S. endobioticum infiziert die unterirdischen Pflanzenteile der Kartoffel (außer Wurzeln) durch Zoosporen, die durch Bewegungen im Bodenwasser meristematische Gewebe erreichen und befallen. Es kommt zur Ausbildung von tumorähnlichen Wucherungen. Es sind verschiedene Pathotypen des Erregers beschrieben, von welchen die Pathotypen 1, 2, 6 und 18 die bedeutendsten darstellen. Ein kleiner Teil zugelassener deutscher Kartoffelsorten ist gegen alle vier Pathotypen resistent. Das resistenzvermittelnde Gen ist bisher nicht bekannt, ebenso liegen kaum Informationen zum Befallsmechanismus auf molekularer Ebene vor. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Interaktion von S. endobioticum mit resistenten und anfälligen Kartoffelsorten auf Basis von shotgun Proteomdaten zu charakterisieren. Die Proteomanalyse lieferte einen Einblick in die Proteine der Pathogenabwehr in der inkompatiblen Interaktion. Hierbei handelte es sich um PR-2, sowie andere Glucanasen. In der kompatiblen Interaktion waren Proteine des Zellzyklus erhöht vertreten. Ebenso sollten erste Sequenzen des Erregers anhand von Transkriptom- und Genomdaten identifiziert und bioinformatisch analysiert werden. Es war möglich, eine Sequenzsammlung von insgesamt 8.866 ESTs und 423 genomischen Contigs zu generieren. Aus dieser Sequenzsammlung wurden 66 Effektorkandidaten identifiziert. Ebenso wurden 45 Effektorkandidaten aus einer Sequenzsammlung ohne Homologien zu bekannten Taxa bestimmt. Sequenzen wurden als Effektorkandidat gewertet, wenn sie unter 300 Aminosäuren aufwiesen und ein Signalpeptid enthielten, sowie am sekretorischen Weg der Zelle beteiligt waren. Eine Gruppe von 14 Effektorkandidaten beider Gruppen wurde in transienten Expressionsanalysen mittels Agroinfiltration in Tabak mit Hilfe einer nachfolgenden TRV-Infektion funktional untersucht. Für vier Kandidaten zeigte sich eine reduzierte Pathogenabwehr der infiltrierten Blätter. Im Rahmen der Arbeit war es erstmals möglich, Sequenzen des Erregers zu charakterisieren, sowie Effektorkandidaten zu identifizieren. Erstmals wurde eine Proteomanalyse zur Analyse des Kartoffelkrebses durchgeführt.