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Die Rolle von nicht-kodierenden RNAs in nützlichen Symbiosen

Ena Šečić, Jens Steinbrenner

Forschungsschwerpunkt:

ncRNAomics zur Aufdeckung nützlicher Dialoge in Pflanzensymbiosen - Ena Šečić

Gezielte cross-kingdom RNAi-Analysen von nützlichen Pflanzensymbiosen – Jens Steinbrenner

Hintergrund: Nicht-kodierende (nc) RNAs sind wichtige Regulatoren der Pflanzenentwicklung und Stressreaktionen. In der Interaktion mit Mikroben werden pflanzliche ncRNAs induziert, um die endogene Genexpression zu regulieren. Darüber hinaus werden viele Klassen von ncRNAs auch in eukaryotischen Mikroben als Teil ihrer Entwicklung und im Prozess der Pflanzenkolonisation exprimiert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die spezifische Klasse der kleinen (s) ncRNAs von der Pflanze auf die Mikrobe und umgekehrt übertragen werden kann, um die Genexpression zu regulieren. Diese als Cross-Kingdom (ckRNAi) bezeichnete Regulierung beinhaltet den Transport und die anschließende Nutzung der RNAi-Maschinerie des Zielorganismus, um die Ziel-mRNAs zu deaktivieren. Die überwiegende Mehrheit der Pflanzen-Mikroben-Systeme, in denen eine solche ncRNA-Regulierung untersucht wird, sind Pflanzen-Pathogen-Interaktionen. In diesen Systemen regulieren ncRNAs des Pathogens immunitätsbezogene Gene der Wirtspflanze, während die ncRNAs der Wirtspflanze Virulenz- oder essenzielle Gene des Pathogens modulieren. Somit sind ncRNAs vielseitige Akteure der zellulären Homöostase und agile Regulatoren der Genexpression während biotischer Interaktionen.

Projekt: Unser Ziel ist es, die ncRNA-basierte Regulierung der Genexpression während der Etablierung und Aufrechterhaltung von nützlichen Pflanzensymbiosen mit Wurzelendophyten zu untersuchen. Zu diesem Zweck verwenden wir den Modell-Endophyten Serendipita indica (syn. Piriformospora indica), der axenisch kultiviert werden kann und ein breites Wirtsspektrum hat. Dies ermöglicht den Nachweis von ncRNA-Klassen in einer Vielzahl von Pflanzenwirten, einschließlich Modellpflanzen und Nutzpflanzen innerhalb der monokotylen und dikotylen Kladen. Um die breite Landschaft der ncRNA-Netzwerke zu verstehen, die zwischen Pflanzen und Endophyten induziert und möglicherweise ausgetauscht werden, konzentrieren wir uns auf sRNAs, lange nicht-kodierende (lnc)RNAs und zirkuläre (circ)RNAs sowie auf mRNAs, die diese ncRNA-Netzwerke regulieren. Um die Auswirkungen unserer Erkenntnisse für dauerhafte Pflanzenschutzstrategien nutzbar zu machen, führen wir spezifische Screens für ncRNAs mit vorteilhaften Auswirkungen auf Wirtspflanzen durch und erleichtern die Übertragung dieses Wissens von Modell- auf Nutzpflanzen durch vergleichende Analysen der von Serendipita indica kolonisierten Wirtspflanzen.

Laborverfahren / Techniken: ckRNAi-seq, degradome-seq, mRNA-seq, vergleichende Epigenomik, ncRNA-Assays, AGO pull-downs.