Forsvar mod meldug i byg 8/1-07

Transkript

1 Forsvar mod meldug i byg 8/1-07 Meldugsvampens angreb på bygplanten aktiverer en række interessante gener der fungerer i reguleringen af plantens forsvar. Modtagelig David B. Collinge, Michael K. Jensen and Jesper H. Rung Plant Pathology, Dept. Plant Biology, Faculty of Life Sciences, University of Copenhagen [email protected] Samt Michael F. Lyngkjær Forsningscenter Risø Resistent Tak til KVL (PhD stip. MKJ) & SJVF (JHR) 1

2 Hvorfor arbejder vi med byg og meldug? En fremragende model for undersøgelser af forsvarsmekanismer i kornplanter. Viden og værktøj udvikles og kan anvendes i andre sygdomsstudier. F.eks. Hvede Septoria tritici Byg/Hvede Fusarium spp Viden om forsvar og de regulatoriske mekanismer kan anvendes til udvikling af bæredygtig resistens. Kompatibel Inkompatibel Resistens (basal) Modtagelighed Resistens (basal) Resistens Programmeret celledød Per Gregersen 2

3 Forsvarsreaktioner i byg Mange gener med diverse funktioner aktiveres i forsvar mod svampene. Gener som koder for komponenter i: Antimikrobielle proteiner: f.eks., enzymer som nedbryder svampen. Biosyntetiske enzymer danner: antimikrobielle stoffer (antibiotika). Cellevægs forstærkning. Programmeret celledød. Varslingssignaler til andre væv. 3

4 Effektor molekyler fra patogenet Eksterne overvågningssystemer (receptor) f.eks. kan resistens gener opdage effektorerne Signalmolekyler i planten Genekspression i kernen regulerer forsvaret vha transkriptionsfaktorer Forsvarstoffer & proteiner - kan bremse f.eks. meldug Interne overvågnings systemer (receptor) opdager forstyrrelser Cellevægsforstærkning: hæmmer indtrængning Forsvaret - forskellige komponenter virker mod forskellige patogener Signaler til andre celler Programmeret celledød standser f.eks. rust og meldug 4

5 Effektor molekyler fra patogenet Eksterne overvågningssystemer (receptor) f.eks. kan resistens gener opdage effektorerne Genekspression i kernen regulerer forsvaret vha transkriptionsfaktorer Angreb Overvågning Signalmolekyler i planten Forsvarstoffer & proteiner - kan bremse f.eks. meldug Interne overvågnings systemer (receptor) opdager forstyrrelser Cellevægsforstærkning: hæmmer indtrængning Forsvaret - forskellige komponenter virker mod forskellige patogener Genekspression Forsvar Signaler til andre celler Programmeret celledød standser f.eks. rust og meldug 5

6 Regulatoriske processer i cellen Nøgle til aktivering af forsvarsreaktionen. 1) Overvågning: Receptor-like kinaser RLK1 Opdager at planten er under angreb. Jesper Rung 2) Regulering af genekspression: Transkriptionsfaktorerne TF6 Ansvarlig for aktivering af forsvaret. Michael Krogh Jensen 6

7 Overvågning: Receptor-like kinases - RLKs Vigtige roller i udvikling, plantevækst og forsvarsmekanismer. Der er mange RLK er i planter Mellem Over 100 af vores type. 7

8 Ekspressionsanalyse af RLK1 ved Real-Time PCR RLK1 ekspression i hele bygblade (P01) 50 x induktion C15/incompatible C15/inkompatibel A6/compatible A6/kompatibel timer efter inokulering relativ til uinokuleret kontrol planter Jesper Rung 8

9 Transkriptionsfaktor TF6 studier af transient genekspression i løgceller Transkriptionfaktorer er ansvarlig for genaktivering. Gener er i cellekerne. Her vises at byg transkriptionsfaktor TF6 lokaliseres til cellens kerne hvor den kan regulere forsvarsreaktionen. A: kontrol GFP findes i hele cellen A B B: TF6-GFP er kun i kernen Michael Krogh Jensen 9

10 Kvantificering af TF6 transkripter TF6 genet aktiveres meget tidligt i epidermis efter infektion med Bgh sporer. Det passer med en vigtig rolle i regulering af det basale forsvar. Ved at manipulere med transkriptniveauet kan vi påvise om det har en nøglefunktion i forsvaret. Slukker for genet Øger mængden at transkriptet Relativ expression of TF6 Timer efter inokulering Relativ expression of TF6 under Bgh inokulering sammenlignet med epidermis fra kontrol planter efter normalisering mod UBC2 genet. *** = P <

11 Genslukning RNAi - i enkelt celle Øget modtagelighed til Bgh fra HvNACs Haustorium formering (%) ** GUS (432) HvSNAP34 Control (335) Hv1652 (270) behandling * HvNAC6 TF6 (280) Hv4583 (300) * Hv13165 (418) H H = Haustorium -Svampens næringsorgan * = Signifikant forskel (P < 0.05) fra GUS kontrol ** = Signifikant forskel (P < 0.01) fra GUS kontrol 11

12 Papillae formation (%) Transient over-ekspression i enkelt celle Øget papil-resistens mod Bgh fra over-expression af TF6 70 ** * 60 ** * GUS (353) HvSNAP34 Control (429) Hv5147 (343) behandling HvNAC6 TF6 (383) Hv13165 (422) * = Signifikant forskel (P < 0.05) fra GUS kontrol ** = Signifikant forskel (P < 0.01) fra GUS kontrol Papil Resistens (basal) Papildannelse blokerer indtrængning 12

13 Sammenfatning Identificeret komponenter af cellens reguleringsapparat for forsvar mod patogener. Både RLK1 & TF6 gener er opreguleret tidligt i forsvarsreaktionen. Identificeret funktionel TF6 transkriptionsfaktor med en rolle i bygplantens forsvar mod meldug-infektion vha: Genslukning RNA interferens. Øgning af genaktivitet overekspression. Michael Krogh Jensen 13

14 Fremtiden Identificere flere nøglekomponenter i regulering af forsvar vha RLK1 & transkriptionsfaktorerne og bestemme rollen. Hvorfor? Til forståelse af sygdomsresistens til bæredygtig produktion: Umiddelbart kan den ny viden bruges til undersøgelse af byglinier som naturligt laver forøget niveau af TF6 transkriptionsfaktoren. På sigt bruges til transgene sygdomsresistente planter. Overførsel af teknikker og viden til andre biologiske systemer som er mindre egnet til basale studier. Hvede Septoria & Byg Fusarium. 14

15 Tak til: KVL nu den Biovidenskabelige Fakultet, KU for en PhD stipendium til Michael Krogh Jensen Forskningsrådet SJVF nu FTP som støtter samarbejdet med Risø og løn til Jesper H. Rung Samarbejdespartner på Risø og KVL Special tak til Michael Hansen for confocal microskopi. 15