Charakterisierung eines neuen bakteriellen Elicitors von Ralstonia solanacearum in Arabidopsis thaliana

Abstract

Mikroben-assoziierte molekulare Muster (MAMPs) sind Elicitoren tierischer und pflanzlicher Immunreaktionen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Gram-negative Bakterium R. solanacearum mindestens einen bisher nicht identifizierten Elicitor besitzt, der nicht Flagellin oder EF-Tu ist. Mittels säulenchromatographischer Methoden wurde aus Rohextrakten von R. solanacearum immunogene Aktivität aufgereinigt. Es zeigte sich, dass diese Aktivität auf der Perzeption mindestens eines hitzestabilen Proteins basischen Charakters durch A. thaliana basiert. Durch Größenausschlusschromatographien ist dabei eine Molekülgröße von weniger als 30 kDa anzunehmen. Für MAMPs typische Immunreaktionen wie Medienalkalisierung, Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies und Ethylen, sowie Induktion von immunassoziierten Genen und Kalloseeinlagerung konnten beobachtet werden, wobei der Elicitor bereits bei Konzentrationen von kleiner/gleich 30 nM immunogen aktiv war. Auf der Grundlage von Aktivitätsmessungen nach Behandlungen mit selten schneidenden Proteasen und Chemikalien ist es wahrscheinlich, dass der Elicitor nicht als Volllängenprotein vorliegen muss, sondern ein für das Auslösen einer Immunreaktion geeignetes Minimalmotiv zur Bindung an einen korrespondierenden Mustererkennungsrezeptor besitzt. Einige Vertreter bisher identifizierter MAMP-Rezeptoren der Familie der rezeptorähnlichen Kinasen mit Leucin-reichen Wiederholungen besitzen mit BAK1 einen essentiellen Korezeptor aus derselben Familie. Die Daten der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass auch bei der Perzeption des R. solanacearum Elicitors BAK1 als Korezeptor fungiert, und somit der eigentliche Rezeptor des R. solanacearum Elicitors der Familie der rezeptorähnlichen Kinasen angehört. Neben A. thaliana zeigte der Elicitor auch in N. benthamiana und Tomate MsK8 immunogene Aktivität. Es ist somit wahrscheinlich, dass er in einer Vielzahl von Pflanzen verschiedener Familien eine Immunreaktion hervorruft.

Plant innate immunity is activated either upon perception of microbe-associated molecular patterns (MAMPs) by pattern recognition receptors (PRRs) or upon resistance (R) protein-mediated recognition of pathogen race-specific effector molecules. MAMP-triggered immunity (MTI) constitutes the primary plant immune response that has evolved to recognize invariant structures of microbial surfaces. Although several cell surface components of bacteria, fungi or oomycetes have been shown to act as MAMPs that trigger immune responses in various plant species, the enormous non-self recognition capacities of plants are not at all explored. To find new proteinaceous MAMPs we used crude protein preparations of the phytopathogenic gram-negative bacterium Ralstonia solanacearum. We found a proteinase-sensitive and heat stable MAMP activity in these crude extracts which triggers immune responses in the model plant Arabidopsis thaliana such as ethylene production, PR1 induction, callose deposition and medium alkalinization. We further fractionated the bacterial proteins by different chromatography strategies such as ion exchange chromatography. By gel filtration chromatography we estimated a probable elicitor size of 30 kDA or less. Besides A. thaliana the R. solanacearum elicitor also triggered defense related responses in N. benthamiana and the tomato MsK8.