Synthese acetylierter Oligogalacturonid-Liganden

Weiterer Forschungskontext: Der Bedarf der heutigen Gesellschaften mit ihrer stetig wachsenden Bevölkerung an Nahrungsmitteln, Energie und Rohstoffen steigt dramatisch an, was einen klaren Bedarf an einer Steigerung der Ernteerträge mit sich bringt. Die Verbesserung von Nutzpflanzen für die Produktion von Nahrungsmitteln, Fasern und Biokraftstoffen wird von einem detaillierteren Verständnis der Immunfunktion von Pflanzen erheblich profitieren. Pflanzen erkennen und reagieren auf Angriffe von Krankheitserregern mithilfe eines Teils ihres Immunsystems, der sogenannten Pattern Triggered Immunity (PTI). Diese basiert auf der Erkennung exogener Microbe-Associated Molecular Patterns (MAMPs) und endogener Danger-Associated Molecular Patterns (DAMPs) durch Pattern-Recognition-Receptors (PRRs) wie Receptor-Like-Kinases (RLKs). Die am besten erforschten DAMPs sind Oligogalacturonide (OGs), Fragmente von Zellwandpektin, die von Zellwand abbauenden Enzymen produziert und von „wall-associated kinases” (WAKs) und verwandten RLKs, wie WAK-likes (WAKLs), erkannt werden. Trotz 30 Jahren Forschung sind die Kenntnisse über den genauen Erkennungsmechanismus und die molekularen Muster, an die WAKs bevorzugt binden, aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit reiner und genau definierter Oligosaccharidproben nach wie vor begrenzt. Ziele: Wir wollen synthetische Oligosaccharide einsetzen, um die genaue Größe und Molekülstruktur von Oligogalacturoniden (OGs) zu bestimmen, die bevorzugt von WAKs und WAKLs gebunden werden, und ihr Potenzial zur Aktivierung von Pflanzenimmunantworten untersuchen. Ansatz: Die chemische Synthese von Oligogalacturoniden (OGs) mit unterschiedlichen Längen, Oxidationszuständen und Acetylierungsmustern wird unter Verwendung sorgfältig entwickelter Galactose-Bausteine (BBs) in einer Post-Assembly-Oxidationsstrategie durchgeführt. Besonders herausfordernd sind die Bildung der ausschließlich -konfigurierten glykosidischen Bindungen in Oligogalacturoniden (OGs) sowie die Entwicklung einer Schutzgruppenstrategie, die mit Acetylgruppen kompatibel ist. Die Oligogalacturonide (OGs) werden als Glykan-Arrays gedruckt, um die Wechselwirkungen zwischen RLK und OGs zu charakterisieren. Nach der Validierung der Treffer in weiteren biophysikalischen Assays wird das Potenzial der synthetischen Oligogalacturonide (OGs) zur Stimulierung oder Hemmung von PTI-Reaktionen wie ROS-Produktion, MAP-Kinase-Aktivierung und Induktion von Abwehrgenen in vivo untersucht. Innovation: Der einzigartige Ansatz, synthetische Kohlenhydratchemie mit der Erforschung der Pflanzenimmunität zu kombinieren, wird die Aufklärung verfeinerter Molekülstrukturen mit maximaler Fähigkeit zur Auslösung oder Hemmung von Immunreaktionen ermöglichen. Das gewonnene Wissen wird unser Verständnis der Reaktion der Pflanze auf pathogene Angriffe fördern und die Entwicklung von Präparaten aus Glykanmolekülen zur Stärkung des Pflanzenimmunsystems erleichtern, wodurch der Einsatz traditioneller Pestizide vermieden werden kann.