Zeitschrift für Pflanzenphysiologie und Pathologie

Molekularbiologie des durch Pathogene induzierten programmierten Zelltods im Modell der Hülsenfrucht Medicago Truncatula

  Md Ehsanul Haque

Pflanzen haben effiziente Mechanismen entwickelt, um unter sich ändernden Umweltbedingungen zu überleben, insbesondere während einer Infektion mit Krankheitserregern. Die frühe Reaktion der Pflanze auf mikrobielle Krankheitserreger geht häufig mit der Induktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und einem oxidativen Ausbruch einher, der zu einem schnellen Zelltod in und um die ursprüngliche Infektionsstelle führt, eine Reaktion, die als hypersensitive Reaktion (HR) bezeichnet wird. Außerdem wird angenommen, dass die Induktion eines programmierten Zelltods (PCD) bei Pflanzen eine häufige Reaktion auf viele verschiedene Arten von biotischem Stress ist. Es gibt mittlerweile überzeugende Beweise dafür, dass das Mitochondrium verschiedene zelluläre Stresssignale integriert und den Todesdurchführungspfad bei Tieren einleitet; auf der anderen Seite wurde einer ähnlichen Beteiligung der Mitochondrien an der Regulierung des PCD bei Pflanzen bisher nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt. In dieser Forschungsstudie konzentrierten wir uns auf die zellulären Reaktionen bei M. truncatula , die mit Zoosporen des Oomyceten A. euteiches inokuliert wurden, einem schweren Wurzelpathogen für Leguminosenpflanzen. Unter Verwendung der Modellhülsenfrucht als Plattform und A. euteiches zur Induktion von HR wurden mit proteomischen Werkzeugen die Mechanismen untersucht, die in den Pflanzenzellen als Reaktion auf eine Infektion mit Krankheitserregern, insbesondere in den Mitochondrien, ablaufen. Der wichtigste Teil bei der Etablierung eines In-vitro -Inokulationssystems bestand darin, den Kontakt zwischen Zellen und Zoosporen sicherzustellen. Bei mikroskopischen Untersuchungen wurde festgestellt, dass Zoosporen auch unter In-vitro -Bedingungen mit Pflanzenzellen in Kontakt kommen. Wie erwartet zeigten die inokulierten Zellen eine deutliche Verringerung der Lebensfähigkeit und _eine Massenreduzierung im Vergleich zur Scheinkontrolle. Bemerkenswerterweise sank die Zelllebensfähigkeit bei 10 hpi und 20 hpi auf 72 % bzw. 39 %, während sie in der Scheinkontrolle nur auf 88 % bzw. 70 % sank. H2O2 _- Oxidative -Burst-Messungen mit A. euteiches -Zoosporen nach 0 Stunden, 10 Stunden und 20 Stunden induzierten moderate oxidative Burst-Reaktionen. Die maximalen Durchschnittswerte waren 3,0 μM (0 h), 2,4 μM (10 h) und 1,8 μM (20 h) H ₂ O ₂ -Produktion. Interessanterweise zeigte die doppelte Inokulation (bei „0 h & 10 h“ und bei „0 h & 20 h“) mit Zoosporen eine Produktion von weniger als 1,0 μM H ₂ O ₂ . Bei 24 hpi ergab die Reinigung der Mitochondrien durch Dichtegradientenzentrifugation, dass eine zusätzliche Unterfraktion knapp unter 40 % Percoll lag (die Mitochondrien bestehen normalerweise aus 23–40 % Percoll). Bemerkenswerterweise wurde das Fehlen von Superkomplex I+III ₂ beobachtet, während Komplex II, Cyt c 1-1 & Cyt c 1-2, dimerer Komplex III ₂, Komplex IV und Porinproteinkomplexe waren in BN-Gelen der mitochondrialen Unterfraktion weniger häufig als in den Gelen der erwarteten Fraktionen. Wie erwartet waren Porinkomplexe (VDAC), Komplex II, Komplex III, Cytochrom c 1 und Prohibitinkomplex V in der erwarteten mitochondrialen Fraktion im Gegensatz zur Scheinfraktion sehr häufig. In IEF-Gelen kamen 13 Proteinuntereinheiten nach 20, 24 und 40 hpi häufiger vor, z. B. Komplex I, Komplex II, Komplex III und Proteine, die am Aminosäureabbau und an der Proteinfaltung beteiligt sind. In gelfreien Analysen kamen nach 24 Stunden und 40 Stunden 13 bzw. 11 Proteine ​​in der inokulierten mitochondrialen Fraktion häufiger vor . Es gab ein ähnliches Muster in der Proteinhäufigkeit wie in den BN-Gelen und den IEF-Gelen.