Molekulare und funktionelle Analyse der pathogenresponsiven Rezeptorkinase DRK3 aus Arabidopsis thaliana

Abstract

Pflanzen besitzen ein Immunsystem und sind dem Angriff von Pathogenen nicht wehrlos ausgesetzt, sondern zeigen Resistenz gegen eine Vielzahl möglicher Pathogene. Es wurde gezeigt, dass einige rezeptorähnliche Kinasen (RLKs) eine wichtige Rolle bei der Erkennung von pathogenspezifischen Strukturen und bei der Aktivierung von Abwehrreaktionen spielen. Ein gut untersuchtes Beispiel ist der Flagellinrezeptor FLS2. Dieser Rezeptor weist strukturelle Ähnlichkeiten zu TOLL-ähnlichen Rezeptoren aus Säugern auf, die in immunabwehr- und entwicklungspezifische Reaktionen involviert sind. In Microarray-Experimenten wurde gezeigt, dass die Expression von 49 RLKs durch bakterielle Pathogene oder Elizitoren induziert wird. Da hierzu auch FLS2 zählt, wurde angenommen, dass möglicherweise auch andere RLKs eine Funktion in Reaktionen der Immunabwehr besitzen. Eine dieser RLKs wurde in dieser Arbeit eingehend untersucht und als defence-related receptor kinase 3 (DRK3) bezeichnet. Ein knockout dieses Genes führt in Arabidopsis Pflanzen zu einer erhöhten Resistenz gegenüber dem virulenten Bakterium Pto DC3000. Dies geht mit einer verstärkten Produktion an reaktiven Sauerstoffspezies und einem vermehrten Auftreten von Zelltod einher. Unter Verwendung des Hefe-Dihybrid-Systems wurde nach mit dem DRK3-Protein interagierenden Proteinen gesucht. Hierbei konnte als potentieller Interaktionspartner ein Resistenzprotein, RLM3, identifiziert werden.

Plants possess a powerful innate immune system to defend themselves against invading pathogens. The elucidation of the responsible mechanisms is an important research topic. It has already been shown that some receptor-like kinases (RLKs) are involved in the recognition of certain pathogen-specific structures and in the activation of immune response reactions in plants. One example is the flagellin receptor FLS2. This receptor resembles the modular structure of TOLL-like receptor (TLR) complexes that are known to be involved in innate immune reactions in animals. In microarray experiments it was shown that the transcript level of 49 RLKs is induced by infection with bacterial pathogens or elicitors. One of these RLKs is FLS2. Therefore it was assumed that other RLKs that are also upregulated upon pathogen and/or elicitor treatment might have a function in plant defence processes as well. One example is the defence-related receptor kinase (DRK3). The knockout of this gene leads to enhanced resistance of Arabidopsis plants to the virulent bacterial pathogen Pst DC3000. An increased production of reactive oxygen species (ROS) and enhanced cell-death reaction occur upon pathogen infection in knockout-plants. To elucidate the mechanisms underlying these phenomena a pathogen-induced cDNA-library was constructed and screened for interacting proteins that could explain the molecular function of this regulator of defence-reactions. The resistance protein RLM3 was identified as one interesting potential interaction partner of the DRK3.