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Synthetische Glykanliganden für pflanzliche Immunrezeptoren

Projektleitung
Pfrengle Fabian, Projektleiter/in
Laufzeit:
01.06.2022-31.05.2025
Programm:
Einzelprojekte
Art der Forschung
Grundlagenforschung
Mitarbeiter*innen
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Organische Chemie (DCH/OC)
Gefördert durch
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) , Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich
Abstract
Weiterer Forschungskontext: Der Bedarf der heutigen Gesellschaften mit ständig wachsender Bevölkerung an Nahrungsmitteln, Energie und Materialien steigt dramatisch an, was zu einem deutlichen Bedarf an einer höheren Pflanzenproduktivität führt. Die Verbesserung von Kulturpflanzen für die Produktion von Nahrungsmitteln, Fasern und Biokraftstoffen wird von einem genaueren Verständnis der Immunfunktion von Pflanzen stark profitieren. Pflanzen erkennen und reagieren auf Angriffe von Krankheitserregern mit Hilfe eines Teils des pflanzlichen Immunsystems, das auf der Erkennung von exogenen Mikroben-assoziierten Molekülmustern (MAMPs) und endogenen Gefahren-assoziierten Molekülmustern (DAMPs) durch Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) wie Rezeptor-Like-Kinasen (RLKs) beruht. Trotz der großen Anzahl von RLKs in Pflanzen und der dominierenden Präsenz von Glykanen in den Zellwänden von Pflanzen, Bakterien und Pilzen wurde nur eine Handvoll Glykane gefunden, die pflanzliche Immunreaktionen auslösen, und nur für zwei von ihnen sind die entsprechenden Rezeptoren beschrieben worden. Wir haben kürzlich zwei neue Glykan-RLK-Paare identifiziert, indem wir Glykan-Arrays mit heterolog exprimierten extrazellulären RLK-Domänen abgefragt haben, und die Immunaktivitäten dieser Glykane in vivo bestätigt.

Zielsetzung: Unser Ziel ist es, die pflanzlichen Polysaccharide Rhamnogalacturonan-I (RG-I) und Galactomannan (GM) als neue DAMPs für die Aktivierung der angeborenen Immunität von Pflanzen zu etablieren und die genauen molekularen Muster zu bestimmen, die von ihren kognitiven RLKs erkannt werden.

Herangehensweise: Die chemische Synthese von Sammlungen von RG-I- und GM-Oligosacchariden wird die Glykan-Array-basierte Charakterisierung der kürzlich entdeckten RG-I- und GM-bindenden RLKs ermöglichen. Nach der Hit-Validierung in weiteren biophysikalischen Assays werden die identifizierten Oligosaccharide in vivo auf ihr Potenzial zur Stimulierung der ROS-Produktion, MAP-Kinase-Aktivierung und Induktion von Abwehrgenen als Kennzeichen der Immunaktivierung untersucht.

Innovation: Der einzigartige Ansatz, synthetische Kohlenhydratchemie und Glykanarrays mit der Erforschung der Pflanzenimmunität zu kombinieren, wird die Aufklärung raffinierter molekularer Strukturen mit maximaler Kapazität zur Auslösung von Immunreaktionen ermöglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Entwicklung von Präparaten aus Glykanmolekülen zur Stärkung des pflanzlichen Immunsystems erleichtern und den Einsatz herkömmlicher Pestizide überflüssig machen.
Schlagworte
Organische Chemie; Glykobiologie; Pflanzenphysiologie;
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