Inhaltszusammenfassung:
Der RXLR-Effektor PiAVR2 ist mit 116 AS sehr klein, und weniger als die Hälfte seiner Sequenz besteht aus der Effektordomäne. Trotzdem ist PiAVR2 ein essentieller Virulenzfaktor für P. infestans (Saunders et al., 2012; Turnbull et al., 2017). In dieser Arbeit wurde PiAVR2 in der Modelpflanze Arabidopsis thaliana molekularbiologisch und physiologisch charakterisiert. PiAVR2 interagiert mit den Kelchphosphatasen BSL1, BSL2 und BSL3 in vivo. Mit der vierten und phylogenetisch entferntesten Kelchphosphatase, BSU1, konnte keine Interaktion gezeigt werden. BSU1 exisitert ausschließlich in Brassicaceaen. In allen anderen Pflanzenfamilien, inklusive Solanaceaen, den Wirtspflanzen von P. infestans, existieren nur BSL1, BSL2 und BSL3 und sind stark konserviert (Maselli et al., 2014). Die Kelchphosphatasen BSU1 und BSL1 sind in A. thaliana positive Regulatoren des Brassinosteroid (BR)-Signalweges. Um den Einfluss von PiAVR2 auf BSL1, BSL2 und BSL3 zu untersuchen, wurde PiAVR2 in A. thaliana konstitutiv überexprimiert. Der Phänotyp der Pflanzen (zwergenwüchsig, epinastische Blätter, verkürzte Petiolen, kurze dicke Schoten) ähnelt BR-defizienten Mutanten und lässt eine Inhibition der BSL-Aktivität durch PiAVR2 vermuten. Auf molekularer Ebene war wenig bis kein Effekt von PiAVR2 auf typische BR-Antworten erkennbar. PiAVR2 beeinflusst in GFP-PiAVR2-Pflanzen nicht die Phosphorylierung von BZR2 und führt zu einer geringen Suppression der Genexpression von SAUR-65 und SAUR-AC. Diese Ergebnisse sind konsistent mit Untersuchungen an bsl1-, bsl2-, bsl3- und bsl2/ bsl3-Funktionsverlustmutanten (Maselli et al., 2014). Obwohl BSL1-3 Homologe von BSU1 sind, führt ihr Funktionsverlust in Arabidopsis zu keiner oder nur einer teilweisen Phosphorylierung von BZR2 und hat keinen Einfluss auf die Expression von BR-regulierten Genen. Vermutlich reicht die volle Funktionstüchtigkeit von BSU1 in Arabidopsis aus, um die wichtigsten regulatorischen Funktionen aufrecht zu erhalten, oder Feedback-Regulationsmechanismen des BR-Signalweges wurden initiiert, um die Effekte der konstitutiven Überexpression von PiAVR2 abzumildern. Es bleibt jedoch die Frage bestehen, warum PiAVR2 essentiell für die Pathogenität von P. infestans ist. Es konnte kein Einfuss von PiAVR2 auf die PAMP-getriggerte Immunität gezeigt werden. PiAVR2 beeinflußt weder die Aktivierung der MPKs, noch die Induktion von frühen PAMP-induzierten Genen, wie FRK1 oder WRKY17. Die Überexpression von PiAVR2 inhibiert auch nicht die PAMP-induzierte Callose-Einlagerung. Werden die GFP-PiAVR2-Pflanzen im Dauerlicht angezogen, weisen sie ein erhöhtes basales Expressionsniveau der stress- und pathogen-induzierten Gene PR1, PR2 und PR5 auf und es kommt zu Zelltod-Reaktionen. Da sowohl der BR- als auch der Auxin-Signalweg an der Lichtregulation beteiligt sind, führt die konstitutive Überexpression eines Effektors, der diese Signalwege beeinflusst, zu einer lichtinduzierbaren Stressreaktion. Des Weiteren weisen die GFP-PiAVR2-Pflanzen (insbesondere im Keimlingsstadium) ein erhöhtes Niveau der Abwehrhormone Salecylsäure, Jasmonsäure und Indol-3-Essigsäure auf sowie einen 20-fach erhöhten Gehalt des Phytoalexins Camalexin. Diese Veränderung der Genexpression und des Hormongeichgewichts führt zu einer erhöhten Resistenz gegenüber dem obligat biotrophen H. arabidopsidis und zu einer erhöhten Suszeptibilität gegenüber dem hemibiotrophen P. parasitica. Inzwischen wurde von unserem Kooperationslabor gezeigt, dass PiAVR2 in der Phytophthora infestans-Wirtspflanze Kartoffel zu einer erhöhten Expression des bHLH-Transkriptionsfaktors StCHL1 führt (Turnbull et al., 2017). Dieser integriert wahrscheinlich, ähnlich wie seine Arabidopsis-Homologe AtHBI1 (und wahrscheinlich AtCIB1 und AtBEE2), Signale des BR-Signalweges und der PTI, um ressourcen-sparend zu agieren (Bai et al., 2012; Fan et al., 2014; Malinovsky et al., 2014). Turnbull et al. (2017) zeigten des Weiteren, dass durch die transiente Überexpression von PiAVR2 oder StCHL1 P. infestans Kartoffeln stärker befallen konnte und dass ein Knockdown von StCHL1 in Tabak den Blattbefall durch P. infestans verringerte. Da es in Brassicaceaen, als einziger Pflanzenfamilie, neben BSL1-3 auch BSU1 gibt, weichen einige BR-Signalweg-Regulationen in Arabidopsis von denen der Phytophtora infestans-Wirtspflanze Kartoffel ab. So konnten Turnbull et al. (2017) eine verstärkte Aktivierung des BR-Signalweges in Solanaceaen durch PiAVR2 zeigen, im Gegensatz zum BR-defizienten Phänotyp der GFP-PiAVR2-Arabidopsis-Linien. Für zukünftige Untersuchungen wäre es interessant, die Wirkung von PiAVR2 in bsu1-Knockout-Arabidosislinien zu untersuchen. Wenn die unterschiedliche Beeinflussung des BR-Signalweges nur von der Anwesenheit von BSU1 in Arabidopsis abhängt, so müsste sich dann auch eine verstärkte Aktivierung des BR-Siganlweges nachweisen lassen. Sollte dies nicht der Fall sein, kann Arabidopsis nicht bzw. nur eingeschränkt als Modellpflanze zur Untersuchung des Brassinosteroid-Signalweges in Solanaceaen verwendet werden.
