Eine vom Forschungsteam von Hai-Lei Wei an der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften in China durchgeführte Forschungsstudie hat wichtige Erkenntnisse über die Biosynthese und Modulation der pflanzlichen Immunität durch ein neuartiges zyklisches Lipopeptid namens Medpeptin, das von Pseudomonas mediterranea produziert wird, erbracht.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Maschinenbauwerfen Licht auf die komplizierten Struktur-Funktions-Wechselwirkungen von zyklischen Lipopeptiden (CLPs) und eröffnen neue Wege für die Entwicklung von Strategien zur Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten.
CLPs, multifunktionale Sekundärmetaboliten, die von verschiedenen Bakterien produziert werden, haben sich als Schlüsselauslöser der pflanzlichen Immunität herausgestellt. Das Verständnis der Mechanismen, die den CLP-Pflanzen-Wechselwirkungen zugrunde liegen, ist jedoch noch immer unklar. Diese Studie konzentriert sich auf Medpeptin, ein 22 Aminosäuren langes CLP, das von einem Gencluster der nicht-ribosomalen Peptidsynthase (NRPS) synthetisiert und durch ein Quorum-Sensing-System reguliert wird.
Im Gegensatz zu früheren CLPs weist Medpeptin keine antimikrobielle Aktivität auf. Stattdessen induziert es die Immunität gegen Zelltod bei Pflanzen und verleiht Resistenz gegen bakterielle Infektionen. Durch vergleichende Transkriptomanalyse und virusinduzierte Gen-Stummschaltung (VIGS) identifizierte das Forschungsteam spezifische Immunsignalkandidaten, die an der Medpeptin-Wahrnehmung in Nicotiana benthamiana, einer Modellpflanzenart, beteiligt sind.
Die Studie unterstreicht die entscheidende Rolle eines Zellwand-Leucin-reichen Repeat-Extensin-Proteins (NbLRX3) und einer rezeptorähnlichen Proteinkinase (NbRLK25) bei der Vermittlung des durch Medpeptin ausgelösten Zelltods und der Resistenz gegen Pathogeninfektionen. Die Stummschaltung dieser Proteine beeinträchtigte die Immunantwort und unterstreicht ihre Bedeutung für die durch Medpeptin induzierten pflanzlichen Abwehrmechanismen.
Die Identifizierung von Medpeptin und seiner einzigartigen Wirkungsweise liefert wertvolle Einblicke in die nichtkanonischen Mechanismen der CLP-Erkennung und deren Auswirkungen auf die pflanzliche Immunität. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für innovative biotechnologische Anwendungen zur Verbesserung des Pflanzenkrankheitsschutzes und der Pflanzenproduktivität.
Diese Studie enthüllt einen bisher unbekannten Mechanismus, durch den CLPs die pflanzliche Immunität durch Zellwandwahrnehmung und zytoplasmatische Signalübertragung modulieren. Das Verständnis dieser komplexen Wechselwirkungen eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung wirksamer Strategien zur Verbesserung der Pflanzenkrankheitsresistenz.
Die Entdeckungen des Teams haben weitreichende Auswirkungen auf die Landwirtschaft und bieten vielversprechende Möglichkeiten für die Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher Methoden zur Krankheitsbekämpfung. Die Nutzung der Kraft von Medpeptin und anderen CLPs könnte Pflanzenschutzstrategien revolutionieren, die Abhängigkeit von herkömmlichen chemischen Pestiziden verringern und gesündere, widerstandsfähigere Pflanzen fördern.
Der Artikel „Pseudomonas Cyclic Lipopeptide Medpeptin: Biosynthesize and Modulation of Plant Immunity“ wurde von Yi-Lin Gu, Jun-Zhou Li, Yan Li, Shen Cong, Jing Wang, Yi-Nan Ma und Hai-Lei Wei verfasst.
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Yi-Lin Gu et al, Pseudomonas Cyclic Lipopeptide Medpeptin: Biosynthese und Modulation der pflanzlichen Immunität, Maschinenbau (2023). DOI: 10.1016/j.eng.2023.05.016