Inhaltszusammenfassung:
Das Immunsystem der Pflanzen basiert auf einem Arsenal an Immunrezeptoren, die nach der Wahrnehmung von Erregern Immunreaktionen aktivieren. Diese Rezeptoren befinden sich sowohl an der Zelloberfläche als auch im Zellinneren. RNLs sind eine Untergruppe der intrazelluläre Immunrezeptoren (NLRs), bestehend aus zwei Genfamilien: ADR1 und NRG1. RNLs fungieren als ‘Helper NLRs’, die nicht selbst Erreger wahrnehmen, sondern andere NLRs dabei unterstützen, um eine vollständige Immunreaktion zu aktivieren. Das Ergebnis der RNL-Aktivierung variiert je nach Rezeptor, der die Immunität ausgelöst hat, weshalb der RNL-Aktivität fein abgestimmt werden muss. In dieser Doktorarbeit gehe ich auf die Frage ein, wie die Aktivität von Arabidopsis RNLs reguliert wird, um die gewünschten Immunreaktion zu erreichen.
Im ersten Kapitel benutzte ich der Autoimmunität eine RNL-Mutante (adr1-l1-1 adr1-l2-4 nrg1.1-2) um ADR1-abhängige Immunreaktionen zu studieren. Wir gingen zunächst davon aus, dass ADR1 in Abwesenheit von ADR1-L1, ADR1-L2, und NRG1.1 autoaktiv ist. Jedoch entdeckten wir, dass die Autoaktivität nicht direkt durch die Abwesenheit von andere RNLs verursacht wurde. Stattdessen würde die Autoaktivität durch eine bisher unbekannte Hintergrundmutation verursacht, die wir ‘sith’ nannten. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um herauszufinden was genau die sith Mutation ist und um unser Verständnis von ADR1-abhängigen Immunreaktionen zu verbessern.
Im zweiten Kapitel setzte ich die Untersuchung der Regulation von ADR1 durch ADR1-L1, ADR1-L2, und NRG1.1 fort. Mithilfe transienter Expression in Nicotiana benthamiana stellten wir zunächst fest, dass die Expression von NRG1.1 den durch ADR1 verursachten Zelltod unterdrücken kann. Innerhalb dieser Analysen konnten wir jedoch eine neue Isoform von NRG1.1 identifizieren. Allerdings letztlich haben wir festgestellt, dass die Unterdrückung des Zelltods nicht mit der Expression von NRG1.1 korreliert. Dennoch sollte die Funktion dieser neuen NRG1.1 Variante weiter untersucht werden, da dies eine neue Richtung innerhalb der Forschung zu RNL-Funktionen eröffnet.
Im letzten Kapitel untersuchte ich den Einfluss von Phosphorylierung auf die Aktivität von ADR1-L2. Basierend auf unseren Erkenntnissen, haben wir die Hypothese aufgestellt, das ADR1-L2 durch die Phosphorylierung mehrerer Aminosäurereste dynamisch reguliert wird. Dieser ‘Phosphorylierungscode’ ermöglicht die Integration mehrerer Signale und dadurch die Feinabstimmung der Aktivität von ADR1-L2. Die Identifizierung der Kinasen/Phosphatasen welche ADR1-L2 regulieren könnten ist unerlässlich, um die zentrale Rolle der RNLs im pflanzlichen Immunsystem besser zu verstehen.
Zusammenfassend liefert diese Doktorarbeit neuen Erkenntnissen darüber, wie die Aktivität von Arabidopsis RNLs durch verschiedene Mechanismen reguliert wird. Unser Verständnis von RNL-Funktion zu verbessern ist essenziell, um das volle Potenzial von RNLs zur Verbesserung der Pflanzenresistenz zu verwenden.
Abstract:
The plant immune system is based on an arsenal of specialized immune receptors that activate immune responses after the perception of pathogen-derived signals. These receptors can be located at the cell surface or inside the cell. The RNLs form a subclade of intracellular immune receptors (NLRs), consisting of two families: ADR1 and NRG1. RNLs act as ‘Helper NLRs’ that do not perceive the pathogen-derived signals directly but instead aid other receptors to mount a full immune response. The outcome of RNL activation appears to vary in amplitude and duration depending on the receptor that initiated the immune response, suggesting that RNL activity is finely tuned. In this PhD thesis, I address the question how Arabidopsis RNL activity is regulated to achieve the desired immune response.
In the first chapter, I used the autoimmunity observed in a combinatorial RNL mutant (adr1-l1-1 adr1-l2-4 nrg1.1-2) as a proxy to study ADR1-dependent immune responses. We hypothesized that ADR1 is auto-active in the absence of ADR1-L1, ADR1-L2, and NRG1.1. However, we uncovered that the autoimmunity was not directly caused by the absence of other RNLs. Instead, the autoimmunity was caused by an unknown background mutation that we called ‘sith’. Continued investigation should reveal what exactly the sith mutation is and expand our understanding of ADR1-dependent (auto)immune responses.
In the second chapter, I continued with the initial hypothesis from the previous chapter that ADR1 is redundantly regulated by ADR1-L1, ADR1-L2, and NRG1.1. Using transient expression in Nicotiana benthamiana, we found that expression of NRG1.1 could suppress cell death induced by ADR1. During this investigation, we discovered a putative variant of NRG1.1 generated by alternative splicing. However, we ultimately identified that the suppression of cell death did not correlate with the co-expression of NRG1.1. Nevertheless, the function of the alternatively spliced NRG1.1 isoform requires further investigation, providing grounds for new research directions into RNL function.
In the final chapter, I focussed on the role of phosphorylation in regulating the activity of Arabidopsis ADR1-L2. Based on our findings, we hypothesize that ADR1-L2 is dynamically regulated by the phosphorylation status of multiple residues. This ‘phosphorylation code’ would allow for the integration of multiple signals into ADR1-L2 to finetune the immune response. Identifying which kinases/phosphatases are involved and how phosphorylation modifies the activity of ADR1-L2 is essential to further improve our understanding of RNL function and their central role in plant immunity.
Improving our understanding of RNL function and regulation is essential to unlock the full potential of RNLs to enhance crop resistances against pathogens. This work revealed novel insights on how Arabidopsis RNL activity could be shaped by various regulatory mechanisms.
