The role of the putative receptor-like cytoplasmic kinase CLR1 in chitin signalling

Abstract

Pflanzen erkennen potentielle Pathogene anhand von konservierten Mikroben-assoziierten molekularen Mustern (MAMPs) welche sie über membranlokalisierte Rezeptoren wahrnehmen. Der durch diese Rezeptoren aktivierte Signalweg spielt eine wesentliche Rolle in der pflanzlichen angeborenen Immunität. Das Binden eines MAMPs an die oberflächenexponierten Ektodomänen der Rezeptoren führt typischerweise dazu, dass diese homo- oder heteromere Komplexe bilden. Diese Komplexe können aus rezeptorartigen Kinasen (RLKs), rezeptorartigen Proteinen (RLPs) sowie aus rezeptorartigen zytoplasmatischen Kinasen (RLCKs), welche keine extrazelluläre Domäne zur Ligandenbindung besitzen, bestehen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf einem möglichen heteromeren Signalkomplex der unteranderem aus der lysinhaltigen-Motiv (LysM) RLK CERK1 besteht. CERK1 spielt eine Rolle in der durch Chitin induzierten Signaltransduktion und Abwehrantwort in Arabidopsis. In einer vorangegangenen Hefe-Zwei-Hybrid-Analyse wurde die RLCK CLR1 als möglicher Interaktor der CERK1 Kinasedomäne identifiziert. Vergleichende Sequenzanalysen zeigen, dass die Aminosäuresequenz von CLR1 eine hohe Homologie zu den Sequenzen der Kinasedomänen anderer Arabidopsis LysM-RLKs aufweist. Dies könnte möglicherweise für die Funktion des Proteins eine Rolle spielen. Die auf TAIR10 annotierte CLR1 Sequenz scheint falsch annotiert worden zu sein, da das eigentliche Protein laut Analysen in dieser Arbeit wahrscheinlich erst 23 Aminosäuren Richtung C-Terminus beginnt, wodurch dann ein mögliches N-Myristoylierungsmotiv exponiert wird. In vitro wird CLR1 direkt von der CERK1 Kinasedomäne phosphoryliert. CLR1 Fusionsproteine wurden in stabil transgenen Arabidopsis-Pflanzen CERK1-abhängig durch Chitin phosphoryliert. Unabhängig von der möglichen N-terminalen Myristoylierung scheint CLR1 sowohl in vitro also auch in vivo ein Phosphorylierungssubstrat von CERK1 darzustellen. Mikrosomale Fraktionierungen und Analysen zur subzellulären Lokalisation in transgenen Pflanzen zeigten dass die Mehrheit der CLR1 Proteine löslich ist, wobei auch eine kleine Subpopulation von CLR1 membrangebunden in Pflanzenzellen vorliegt. Drei unabhängige T DNA Insertionslinien wurden isoliert und im Hinblick auf die Weiterleitung Chitin-induzierter Signale und Immunität gegen pilzliche und bakterielle Schädlinge getestet. Die clr1 T-DNA Linien wiesen eine verringerte ROS Produktion, MAPK Aktivierung und Expression von Abwehrgenen auf, was eine Rolle für CLR1 im Chitin-induzierten Signalweg bestätigt. Dabei hing die Ausprägung des Phänotyps von der Position der T-DNA ab. clr1 Pflanzen waren nicht in der Resistenz gegen pilzliche Schädlinge beeinträchtigt, wohingegen sie eine leicht erhöhte Anfälligkeit gegenüber bakterieller Infektionen zeigten. Da der CLR1 Promotor erhöhte Aktivität in Hydathoden zeigt, könnte CLR1 darin involviert sein selektiv das Eintreten von Pathogenen über diese konstitutiv geöffneten Öffnungen einzugrenzen.