Pflanzen können vielfältige enge Beziehungen mit nützlichen Mykorrhiza-, Endophyten- und/oder Rhizosphärenpilzen für den Nährstoffhandel eingehen. Es ist nun bekannt, dass Pflanzen Kohlenstoffquellen wie Fettsäuren auf Pilze übertragen können, während die Pilze die Versorgung der Pflanzen mit Phosphat und/oder Stickstoff vermitteln. Zu den Vorteilen von Pilzen gehören auch die Förderung des Pflanzenwachstums und die Abwehr verschiedener biotischer und abiotischer Belastungen. Die pilzliche Förderung pflanzlicher Immunantworten ist jedoch mechanistisch immer noch schwer fassbar.
Pipecolinsäure (PIP), ein Produkt des Lysinabbaus, kann von verschiedenen Organismen, von Bakterien bis hin zu Pilzen und Pflanzen, produziert werden. Die gesammelten Beweise haben gezeigt, dass PIP und sein Derivat N-Hydroxypipecolinsäure (NHP) kritische Regulatoren der induzierbaren Pflanzenimmunität sind. Abgesehen davon, dass es sich um einen endogenen Mediator in Pflanzen handelt, wurde bisher nicht vermutet, dass PIP über Königreiche hinweg gehandelt werden kann.
Prof. Chengshu Wang und seine Kollegen vom Shanghai Institute of Plant Physiology and Ecology, Chinese Academy of Sciences, berichten, dass das von einem Rhizosphärenpilz Metarhizium robertsii produzierte PIP von Arabidopsis thaliana aufgenommen werden könnte, um die pflanzliche Immunantwort gegen den bakteriellen Krankheitserreger und die Blattlaus zu fördern Anschläge. M. robertsii ist ein entomopathogener Ascomycete-Pilz, der auch endophytische oder Rhizosphärenbeziehungen mit verschiedenen Pflanzen eingehen kann.
Sie erhielten zuvor eine SwnA-Überexpressions(OE)-Mutante von M. robertsii, die eine höhere Menge an PIP und seinem verwandten Sekundärmetaboliten produzieren kann als der Wildtyp (WT)-Stamm. In dieser Arbeit etablierten sie ein elegantes hydroponisches System mit sterilen Wurzeln für die gnotobiotische Inokulation von Arabidopsis mit den WT- und OE-Stämmen.
Sie fanden heraus, dass Metarhizium die Rhizosphäre von Pflanzenwurzeln besiedeln konnte und dass PIP in den PIP-nicht-produzierenden ald1-Pflanzen nach Pilzinokulation offensichtlich sein konnte. Der PIP-Gehalt von Col-0-Pflanzen konnte auch nach Inokulation mit Pilz-OE-Stamm signifikant erhöht werden. Nichtsdestotrotz war NHP in Col-0, aber nicht in ald1, nach der Inokulation mit beiden Stämmen signifikant erhöht. Somit kann Pilz-PIP in Pflanzen in NHP überführt und/oder umgewandelt werden.
Ähnlich wie bei der Zugabe von exogenem PIP stellten sie fest, dass Pilzimpfungen die Immunabwehr sowohl von Col-0 als auch von ald1, aber nicht von fmo1 (das kein NHP produzieren kann) von Arabidopsis gegen die Infektion mit dem bakteriellen Pathogen Pseudomonas syringae pv fördern könnten. Tomate (PST). Sie fanden auch heraus, dass Pilzimpfungen die Akkumulation von Phytoalexinen wie Camalexin und 4-Methylsulfinylbutylglucosinolat in Arabidopsis signifikant steigern könnten.
Dieser Befund wird durch die früheren Berichte gestützt, dass NHP die Camalexin-Produktion in A. thaliana induzieren kann. Sie fanden auch heraus, dass Pilzimpfungen, insbesondere die Verwendung von OE-Stämmen, die Vermehrung grüner Pfirsichblattläuse auf Pflanzen unterdrücken könnten.
Neben dem Nachweis der zuvor unerwarteten PIP-Übertragung von Pilzen auf Pflanzen legen die Ergebnisse dieser Arbeit nahe, dass das Screening und die Verwendung der kompatiblen PIP-stark produzierenden Mikroben die Pflanzenabwehr gegen biotische Herausforderungen verbessern kann.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft China Biowissenschaften.
Mehr Informationen:
Feifei Luo et al, Förderung der Immunantwort von Arabidopsis durch einen Rhizosphärenpilz durch die Zufuhr von Pipecolinsäure zu Pflanzen und die selektive Erhöhung von Phytoalexinen, Wissenschaft China Biowissenschaften (2022). DOI: 10.1007/s11427-022-2238-8