Duration: 01.07.2021 to 31.07.2025

Project: P 34669 Einzelprojekte FWF

Der Einsatz von biologischen Pflanzenschutzmitteln ist eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zu petrochemischen Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft. Die Fadenpilze Trichoderma spp. sind wirksame, vielversprechende Alternativen zu chemischen Fungiziden durch parasitäre Zerstörung von Pflanzenpathogenen. Die Fähigkeit, während des Parasitismus in Wirtsorganismen einzudringen, erfordert eine adaptive Neugestaltung der Zellwand, um die Erkennung durch den Wirt und seine Abwehrreaktionen zu verhindern. Die wichtigsten Polysaccharide sind hier Chitin, Chitosan und Glucan. Strategien, mit denen sich die Zellwand dem Immunsystem des Wirts entzieht, sind allen Pflanzen- und Humanpathogenen gemein, wurden jedoch bei Mykoparasiten noch nicht untersucht. In diesem Projekt haben wir gezeigt, dass eine Vielzahl von Chitin- und Chitosan-modulierenden Enzymen eine wichtige Rolle beim Mykoparasitismus Trichoderma atroviride spielen. Unsere Studien legen nahe, dass die Umwandlung von Chitin in Chitosan insbesondere als Maskierungs-/Abwehrstrategie und damit als Radikalfänger zum Ausgleich des durch den Wirtspilz verursachten oxidativen Stresses dient. Mykoparasitismus hängt von der Fähigkeit ab, die Wirtsorganismen invasiv zu fressen, und erfordert einen adaptiven Zellwandumbau. Alle pflanzlichen und menschlichen Krankheitserreger teilen invasive Strategien, die helfen, dem Immunsystem des Wirts zu entkommen. Hier beschreiben wir das gesamte Spektrum der Chitin/Chitosan-modifizierenden Enzyme im Mykoparasiten Trichoderma atroviride mit einer zentralen Rolle beim Zellwand-Remodeling. Eine schnelle Anpassung an eine Vielzahl von Wachstumsbedingungen, Umweltbelastungen und Abwehrmechanismen des Wirts wie oxidativer Stress hängen von der Interaktion dieser Enzyme ab und sind letztendlich für den Erfolg des mykoparasitären Angriffs notwendig. Im Rahmen der Trichoderma-Forschung spielen diese Erkenntnisse über die Chitin- und die damit verbundene Polymersynthese beim Mykoparasitismus eine grundlegend wichtige Rolle. An diesem komplex regulierten Prozess sind acht Chitinsynthasen, sechs Chitindeacetylasen, weitere chitinolytische Enzyme, darunter sechs Chitosanasen, Transglycosylasen und akzessorische Proteine beteiligt. Im Projekt wurden eine systematische und biochemische Klassifikation, phänotypische Charakterisierung und In-vitro-Assays zum Verständnis der mykoparasitären Interaktion, die Bedeutung von Chitin und Chitosan in der vegetativen Entwicklung und in der Biokontrolle von T. atroviride bestätigt. Unsere Ergebnisse tragen allgemein zum Verständnis des molekularen Mechanismus der Chitinsynthese in Fadenpilzen und insbesondere in Mykoparasiten bei, mit dem übergeordneten Ziel, die Biokontrollstrategien weiter zu verbessern.

Englisch:

The use of biological pesticides is an environmentally friendly and sustainable alternative to petrochemical pesticides in agriculture. The filamentous fungi Trichoderma spp. are effective, promising alternatives to chemical fungicides by parasitic destruction of plant pathogens. The ability to invade host organisms during parasitism requires adaptive redesign of the cell wall to prevent recognition by the host and its defensive responses. The most important polysaccharides here are chitin, chitosan and glucan. Strategies by which the cell wall evades the host's immune system are common to all plant and human pathogens, but have not yet been investigated in mycoparasites. In this project we have shown that an abundance of chitin- and chitosan-modulating enzymes play a major role in the Trichoderma atroviride mycoparasitism. Our studies suggest that the conversion of chitin into chitosan, in particular as a masking / defense strategy, and thus as a radical scavenger to compensate for the oxidative stress caused by the host fungus. Mycoparasitism depends on the ability to invasively eat the host organisms and requires adaptive cell wall remodeling. All plant and human pathogens share invasive strategies that help escape the host's immune system. Here we describe the entire spectrum of chitin / chitosan-modifying enzymes in the mycoparasite Trichoderma atroviride with a central role in cell wall remodeling. Rapid adaptation to a variety of growth conditions, environmental stresses and host defense mechanisms such as oxidative stress depend on the interaction of these enzymes and are ultimately necessary for the success of the mycoparasitic attack. In the context of the Trichoderma research put these findings of chitin and associated polymer synthesis in mycoparasitism a fundamentally important role. Eight chitin synthases, six chitin deacetylases, other chitinolytic enzymes, including six chitosanases, transglycosylases and accessory proteins, are involved in this complex regulated process. In the project, systematic and biochemical classification, phenotypic characterization and in vitro assays to understand the mycoparasitic interaction, the importance of chitin and chitosan in vegetative development and in biocontrol in T. atroviride were confirmed. Our results generally contribute to the understanding of the molecular mechanism of chitin synthesis in filamentous fungi and in particular in mycoparasites, with the overarching goal of further improving bio-control strategies.