Alexander Mandel (Universität zu Köln)
Alexander Mandel erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität zu Köln im Jahr 2025 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die Arbeit:
Funktionale Charakterisierung des TIR-katalysierten immun-stimulierenden Moleküls pRib-AMP in Arabidopsis thaliana
Diese Masterarbeit charakterisert die transkriptionellen und systemischen Antworten der Pflanze auf Behandlung mit dem immun-stimulierenden Molekül pRib-AMP, welche neue Strategien zur Bekämpfung von Pathogenen in ein- und zweikeimblättrigen Nutzpflanzen impliziert.
Die Masterarbeit zeigt erstmals, dass die exogene Behandlung von Pflanzen mit pRib-AMP zur EDS1-PAD4-abhängigen Induktion von Genen führt, welche eine starke Resistenzreaktion auslösen. Zudem wird gezeigt, dass Pflanzen auch systemisch auf pRib-AMP-Behandlung reagieren, z.B. mit Inhibierung des Wurzelwachstums, welches einen bisher unbekannten Erkennungs- und Aufnahmemechanismus suggeriert.
Pflanzen können durch intrazelluläre Toll/interleukin-1 nucleotide-binding leucine-rich repeat (TIR-NLR) Rezeptoren Pathogene erkennen, was zur Produktion von immun-stimulierenden Molekülen wie u.A. pRib-AMP führt. Das Molekül pRib-AMP bindet an den Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1)-Phytoalexin Deficient 4 (PAD4) Immunrezeptorkomplex und erlaubt dadurch eine Immunantwort der Pflanze. Bisher wurde die Bindung von pRib-AMP an EDS1-PAD4 nur in vitro demonstriert. Daher war das Ziel dieser Masterarbeit, die molekularen Vorgänge in der Pflanze nach exogener Behandlung mit pRib-AMP zu charakterisieren. Hierfür wurde eine Kollaboration mit der AG Kath-Schorr, mit Expertise in organischer Chemie, an der Universität zu Köln etabliert, um synthetisches pRib-AMP herzustellen. Der Effekt dieses synthetischen pRib-AMP wurde im ersten Teil der Arbeit durch die Quantifizierung von Immunität-assoziierten Transkripten im Arabidopsis thaliana Wildtyp und Immunrezeptor-Mutanten analysiert. Die Experimente zeigten, dass exogenes pRib-AMP in der Pflanze eine transkriptionelle Immunantwort auslöst, welche durch den EDS1-PAD4-Activated Disease Resistance (ADR1)-, und nicht durch den EDS1-Senescence Associated Gene 101 (SAG101)-N Requirement Gene 1 (NRG1)-Signalweg gesteuert wird. Dies zeigt, dass durch die Applikation von pRib-AMP gezielt Resistenzsignale angeschaltet werden können. Weiterhin konnte durch Mutantenexperimente demonstriert werden, dass die transkriptionelle Immunantwort nach Behandlung mit pRib-AMP nicht auf einer direkten Mustererkennung (PTI) durch Rezeptoren in der Zellmembran basiert. Dies legt eine intrazelluläre Aufnahme des Moleküls nahe. Im zweiten Teil der Arbeit wurden systemische Pflanzenreaktionen auf das Molekül pRib-AMP getestet. Hierfür wurde das primäre Wurzelwachstum gemessen und es wurde gezeigt, dass das Wurzelwachstum durch pRib-AMP gehemmt wird und diese Hemmung von der Dosis und der Funktionalität des EDS1-PAD4-Immunrezeptorkomplex abhängt. In diesen Experimenten konnte ebenfalls eine submaximale Dosis von pRib-AMP ermittelt werden, welche keinen makroskopischen Effekt auf das Wurzelwachstum hat, jedoch trotzdem zur Aktivierung von Immunität-assoziierten Genen führt. Diese submaximale Dosis könnte in Zukunft dafür genutzt werden, um Arabidopsis thaliana und ökonomisch relevante Nutzpflanzen durch ein gezieltes Einschalten von Resistenzsignalwegen gegen ein breites Spektrum von Pathogenen zu schützen, da sowohl der EDS1-PAD4 Immunrezeptorkomplex, als auch die Bindestelle für pRib-AMP zwischen ein- und zweikeimblättrigen Pflanzen konserviert sind.
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Alexander Mandel fertigte die Arbeit am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in der Arbeitsgruppe von Prof. Jane Parker an.