Regulatorische Koordination der Wurzelimmunität auf Zelltyp-Ebene

Ruth Schäfer

Kooperationspartner: Sascha Ott (Universität Warwick, UK), Cécile Raynaud (Université Paris-Saclay, Frankreich)

Hintergrund: Pflanzenwurzeln stellen eine fast unerforschte Quelle für die Verbesserung der Stressresistenz von Pflanzen dar. Wurzeln sind konzentrisch aufgebaut, mit Epidermis, Kortex, Endodermis, Perizykel und Stiel (z.B. Phloem, Xylem) als Hauptzelltypen. Diese Organisation spiegelt die Aufteilung der Wurzelfunktion nach Zelltypen wider, die eine flexible Gesamtfunktionalität der Wurzel unter wechselnden Umweltbedingungen ermöglicht. Während die einzelnen Zelltypen auf unterschiedliche Weise zur Signalgebung bei abiotischem Stress beitragen, ist ihre Funktion bei der Immunität (Abwehr von Krankheitserregern) weitgehend unbekannt. Darüber hinaus kann die Aktivierung der Immunität die Pflanzenentwicklung beeinträchtigen. Das Verständnis des Beitrags der Zelltypen zur allgemeinen Immunität ist für die Erzeugung von Pflanzen mit einer überlegenen Fitness unter abiotischem und biotischem Stress von wesentlicher Bedeutung.

Das Projekt: Um die Organisation der Immunität in Wurzelzelltypen zu verstehen, haben wir die Transkriptionsnetzwerke in Epidermis-, Kortex- und Perizykelzellen von Arabidopsis-Wurzeln analysiert, die mit zwei bekannten Auslösern der Immunität behandelt wurden - bakterielles Flagellin (flg22) und das aus Pflanzen gewonnene Pep1. Unsere Studien zeigten, dass beide Auslöser in jedem Zelltyp unterschiedliche Immunitätsnetzwerke aktivierten. Um die zugrundeliegenden regulatorischen Prinzipien zu identifizieren, entwickelten wir ein kombinatorisches Promotor-Analyse-Tool zur hochpräzisen Vorhersage funktioneller Promotor-Motive. Diese Analyse ergab Paare von Transkriptionsfaktoren (TFs), die die zelltypspezifische Immunität regulieren. Darüber hinaus spezifiziert die Zellidentität die zelltypspezifische Immunität, um die Immunantwort genau mit den funktionellen Fähigkeiten der einzelnen Zelltypen zu verknüpfen. Wir wollen verstehen, wie Zellidentität und Zellalter die Stressanpassung parallel zu Entwicklungsprozessen in einzelnen Zelltypen beeinflussen und die regulatorische Rolle spezifischer TF-Paar-Kombinationen darin bestimmen.

Laborverfahren / Techniken: Zelltyp-spezifische und Einzelzell-RNAseq/Transkriptomik, FACS, kombinatorische Promotoranalytik, Zellzyklus-/Wachstums- und Immunitätsassays, CLSM, Proteininteraktionsassays

Einschlägige Veröffentlichungen:

Üstüner, S., Schäfer, P., & Eichmann, R. (2022) Development specifies, diversifies and empowers root immunity. EMBO Reports: 23: e55631.

Rich-Griffin, C., Eichmann, R., Reitz, M. U., Hermann, S., Woolley-Allen, K., Brown, P. E., Wiwatdirekkul, K., Esteban, E., Pasha, A., Kogel, K. H., Provart, N. J., Ott, S., & Schäfer, P. (2020) Regulation of Cell Type-Specific Immunity Networks in Arabidopsis Roots. Plant Cell 32: 2742–2762.

Rich-Griffin, C., Stechemesser, A.H., Finch, J., Lucas, E.S., Ott, S., Schäfer, P. (2020) Single-cell transcriptomics - a high-resolution avenue for plant functional genomics. Trends in Plant Science 25:186-197.

Lagunas, B., Achom, M., Bonyadi-Pour, R., Pardal, A.J., Richmond, B.L., Sergaki, C., Vázquez, S., Schäfer, P., Ott, S., Hammond, J.P, Gifford, M.L (2019) Regulation of resource partitioning coordinates nitrogen and rhizobia responses and autoregulation of nodulation in the legume Medicago truncatula. Molecular Plant 12: 833-846.

Eichmann, R., Schäfer, P. (2015) Growth versus immunity-a redirection of the cell cycle? Current Opinion in Plant Biology 26:106-112.