Biochemische und Molekulargenetische Untersuchungen zur Interaktion der Kichererbse (Cicer arietinum L.) Mit dem pilzlichen Pathogen Ascochyta rabiei

Ascochyta rabiei ist das Hauptpathogen der Kichererbse. Mit biochemischen und molekularbiologischen Ansätzen soll die Interaktion zwischen dem Pilz und der Pflanze charakterisiert werden. Angestrebt wird die Identifizierung von Pathogenitäts-/Virulenzfaktoren des Pilzes einerseits und Resistenzfaktoren der Pflanze andererseits.

Folgende Schwerpunkte werden bearbeitet:

1. Die Bedeutung extrazellulärer Enzyme des Pilzes für die Penetration der Pflanze und das Ausbreiten im pflanzlichen Gewebe soll durch Reinigung und Charakterisierung dieser Proteine sowie die Isolierung und Charakterisierung der entsprechenden Gene aufgeklärt werden.
2. Durch Elicitoren werden in der Pflanze postinfektionelle Abwehrmaßnahmen ausgelöst. Die Reinigung und Charakterisierung solcher Elicitoren aus axenischen Kulturen von Ascochyta rabiei und infizierten Kichererbsenpflanzen stellt einen weiteren Aspekt der Untersuchungen dar.
3. In Zellsuspensionskulturen der Kichererbse sowie daraus hergestellten Protoplasten wird die elicitorinduzierte Signaltransduktion, die zur Auslösung von Abwehrmechanismen führt (zum Beispiel Generation reaktiver Sauerstoffspezies, Influx und Efflux von Ionenströmen, Proteinkinasen und Phosphatasen, extrazelluläre Änderungen des pH-Wertes), untersucht.
4. Nach der direkten Penetration durch die Kutikula breitet sich der Pilz im suszeptiblen Kichererbsenpflanzen zunächst im Apoplasten aus, während das Wachstum des Pilzes im Apoplasten resistenter Pflanzen gestoppt wird. Der Untersuchung extrazellulärer Abwehrmaßnahmen kommt somit große Bedeutung zu. Schwerpunkt dieser Untersuchungen liegt in der Isolierung und Charakterisierung von zellwandgebundenen Strukturproteinen und pathogenesebegleitenden- (PR-) Proteinen sowie der Isolierung und Charakterisierung der diese Proteine kodierenden Gene.
5. Durch differentielle Hybridisierung von cDNAs infizierter Pflanzen und elicitierter Zellkulturen mit den cDNAs der entsprechenden Kontrollen wurden zahlreiche Klone isoliert, die im Zuge der Infektion und/oder der Elicitierung induziert bzw. supprimiert werden. Die Ergebnisse zeigen, welche Stoffwechselwege durch die Ausrichtung auf Abwehrreaktionen eine Umsteuerung erfahren.
6. Zahlreich Isolate von Ascochyta rabiei wurden auf ihren Ploidiegrad als Vorbereitung für gentechnische Experimente untersucht.

   Drittmittelgeber:

   Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Fonds der Chemischen Industrie, Japanese Society for the Promotion of Science (JSPS)

   Beteiligte Wissenschaftler:

   Dipl.-Biol. Dr. R. Bruns, Dipl.-Biol. H. Cornels, Dipl.-Biol. A. Gitmans, Dipl.-Biol. Dr. T. Hanselle, Dipl.-Biol. Dr. F. Hein, Dipl.-Biol. Dr. O. Otte, Dipl.-Biol. A. Pachten, Dipl.-Biol. Dr. C. Schwenger-Erger, A. Triebel, Prof. Dr. Y. Ichinose, Prof. Dr. K. Toyoda, Prof. Dr. W. Barz

   Veröffentlichungen:

   Hanselle, T., C. Schwenger-Erger, W. Barz: Isolation of a full length chalcone synthase cDNA (Accession No. AJ012822) from infected chickpea plants (Cicer arietinum L.). Plant Physiol. 120:934. (1999)

   Ichinose, Y., K. Tiemann, C. Schwenger-Erger, K. Toyoda, F. Hein, T. Hanselle, H. Cornels, W. Barz: Genes expressed in Ascochyta rabiei-inoculated chickpea plants and elicited cell cultures as detected by differential cDNA-hybridization. Z. Naturforsch. 55c:44-54 (2000)

   Ichinose, Y., K. Toyoda, W. Barz: cDNA cloning and gene expression of three small GTP-binding proteins in defense response of chickpea. Biochem. Biophy. Acta 1489:462-466 (1999)

   Otte, O., W. Barz: Characterization and oxidative in vitro cross-linking of an extensine-like protein and a proline-rich protein purified from chickpea cell walls. Phytochemistry 53:1-5 (2000)

   Pachten, A., W. Barz: Elicitor-stimulated oxidative burst and extracellular pH changes in protoplast suspensions prepared from cultured chickpea (Cicer arietinum L.) cells. J. Plant Physiol. 155:795-797 (1999)

   Cornels, H., Y. Ichinose, W. Barz: Characterization of cDNAs encoding two glycine-rich proteins in chickpea (Cicer arietinum L.): accumulation in response to fungal infection and other stress factors. Plant Science 154:83-88 (2000)

   Otte, O., A. Pachten, F. Hein, W. Barz: Early Elicitor-Induced Events in Chickpea Cells: Functional Links between Oxidative Burst, Sequential Occurence of Extracellular Alkalinisation and Acidification, K⁺/H⁺-Exchange and Defence-Related Gene Activation. Z. Naturforsch. 56c:65-76 (2001)

   Bruns, R., W. Barz: Studies on Cell Number and Nuclei in Spores and on Ploidy Level in Ascochyta rabiei Isolates. J. Phytopathology, im Druck