Die Tomate (Solanum lycopersicum L.) ist weltweit eine wirtschaftlich wichtige Gemüsepflanze, deren Produktion durch Temperaturschwankungen und Befall mit Krankheitserregern bedroht ist, was zu schweren Ernteverlusten führt. In einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Arbeit Gartenbauforschungcharakterisierten Forscher der Universität Zhejiang einen positiven Regulator der Resistenz gegen mehrere Stressfaktoren in Tomaten.
Sie zeigten, dass das Tomaten-LRR-RLK-MRK1 an Reaktionen auf multiplen Stress beteiligt ist, indem es als positiver Regulator dient. Die Expression von MRK1 wurde durch Kälte- und Hitzestress sowie durch die bakteriellen Pathogene Pseudomonas syringae pv induziert. Tomate (Pst DC3000) und Ralstonia solanacearum.
Die Autoren erzeugten dann mrk1-Tomatenmutanten durch CRISPR/Cas9-Geneditierung. Die mrk1-Mutanten zeigten eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Kälte- und Hitzestress, wie durch Veränderungen des Pflanzenphänotyps, eine verringerte maximale photochemische Effizienz von PSII (Fv/Fm) und eine erhöhte relative Elektrolytleckage (ein Indikator für die Membrandurchlässigkeit) gezeigt wurde.
Verglichen mit Wildtyp (WT)-Pflanzen zeigten mrk1-Mutanten eine geringere Expression von CBF1 und HsfA1a, die eine entscheidende Rolle bei der Reaktion von Pflanzen auf Kälte- und Hitzestress spielen, wenn sie Kälte und Hitze ausgesetzt sind. Darüber hinaus waren mrk1-Mutanten anfälliger für Pst DC3000 und R. solanacearum, was sich in schwereren Krankheitssymptomen im Vergleich zu WT-Pflanzen 5 Tage nach der Inokulation (dpi) mit Pst DC3000 und 10 dpi mit R. solanacearum widerspiegelte.
Die Pattern-Triggered Immunity (PTI)-Antwort ist eine wichtige Komponente der pflanzlichen Basalimmunität, die die meisten virulenten Krankheitserreger abwehren kann. PTI-Reaktionen umfassen die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die Aktivierung von Mitogen-aktivierten Proteinkinasen (MAPKs) und die transkriptionelle Reprogrammierung von immunitätsassoziierten Genen.
Die flg22-induzierte Produktion von ROS war in mrk1-Mutanten stark reduziert, und die Hochregulation der PTI-responsiven Gene OLP und LPSE war in mrk1-Mutanten im Vergleich zu WT-Pflanzen stark unterdrückt. Im Gegensatz dazu unterschied sich die Aktivierung von MAPKs nach flg22-Auslösung nicht zwischen mrk1-Mutanten und WT-Pflanzen. Diese Ergebnisse zeigten, dass MRK1 mehrere PTI-Antworten positiv reguliert.
Die Forscher fanden auch heraus, dass MRK1 mit FLS2 an der Plasmamembran und mit SERK3A/SERK3B im Zytoplasma unter Verwendung eines bimolekularen Fluoreszenzkomplementationstests (BiFC) interagieren konnte, und diese Wechselwirkungen wurden dann durch einen Split-Luciferase-Assay bestätigt. Co-Immunpräzipitationsassays zeigten, dass die Wechselwirkungen von MRK1 mit FLS2 und dem Korezeptor SERK3A/SERK3B MRK1 nicht durch das Vorhandensein von flg22 beeinflusst wurden, was darauf hindeutet, dass MRK1 eine positive Rolle bei der antibakteriellen Immunität spielt, indem es als Komponente von FLS2 und SERK3A wirkt /SERK3B-Komplex zur Modulation von PTI-Antworten.
„Diese Forschung liefert Einblicke in die komplexe Struktur von LRR-RLK-vermittelten Signalsystemen und liefert ein neues Ziel für die Züchtung von Tomaten mit verbesserter Resistenz gegen mehrere Stressfaktoren“, sagten die Forscher.
Qiaomei Ma et al., Die neuartige leucinreiche Wiederholungsrezeptor-ähnliche Kinase MRK1 reguliert die Resistenz gegen mehrere Stressfaktoren in Tomaten, Gartenbauforschung (2022). DOI: 10.1093/hr/uhab088
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