Damage associated molecular patterns (DAMPs) in plant innate immunity.

Planter har utviklet et effektivt immunsystem som beskytter mot patogener. Dette immunsystemet kan detektere og gjenkjenne patogener ved å registrere signaler fra patogenet (såkalte mikrobe-assosierte molekylære mønstre (MAMMs)) eller ved å detektere signaler som har opphav fra planten selv og dannet på grunn av en skade forårsaket av patogenet (såkalt skade-assosiert molekylære mønstre (SAMMs)). I dette prosjektet undersøker vi om molekyler dannet ved nedbrytning av plante sekundærmetabolitter (glukosinolater) som et resultat av en skade har en rolle som SAMMs i å aktiverer spesifikke immunresponser i tillegg til stoffenes fra før kjente toksiske effekt. I løpet av prosjektperioden har vi testet denne mulige signalrollen gjennom en serie med forsøk. Vi har sett i detalj på endringer i globale genekspresjonsnivå og endringer i proteiner etter eksponering av modellplanten Arabidopsis thaliana for bestemte SAMMs for å identifisere mekanismene bak aktiveringen av immunresponsen. Vi har også utvidet forsøkene ved å bruke mutanter med redusert/endret for eksempel antioksidant kapasitet eller varmestress. Dette er basert på at disse mutantene har en avvikende respons (endret vekst/fenotyp) på SAMMs eksponering. Forsøk er gjort for å undersøke om og hvordan slike SAMMs forårsker oksidativt stress, fører til programmert celledød og styrker plantens toleranse for stress. Vi har søkt etter og identifisert kandidatproteiner som binder slike SAMMs og som er med på å trigge responsen. For å finne de underliggende prinsippene bak effekten av slike SAMMs har vi produsert store mengder mutanter generert ved kjemisk mutagenese og brukt disse til å identifisere komponenter og systemer/spor involvert i SAMMs signalisering. Vi har også studert hvor stor effekt SAMMs av ulik type og struktur har på responsen hos Arabidopsis thaliana og påvist at effekten er sterkt påvirket av type og struktur. Noen gir en sterk effekt mens andre generer mye svakere effekter. Vi fant også at en av de SAMMs som ble undersøkt høyst uventet interfererer med hormonbalansen i planten og kan omdannes til et aktivt hormonmolekyl. Prosjektet har også etablert samlinger og andre molekylære/genetiske verktøy for videre studier av immunresponser forårsaket av denne typen SAMMs.

Mechanisms used by plants and animals to resist infection show similarities in both structural and strategic aspects. Plants lack however mobile defender cells or a somatic adaptive immune system and have to rely instead on their two-layered innate immune system to fight against potential pathogens. The first layer called PAMP-triggered immunity (PTI) is mediated by the perception of pathogen- or microbe-associated molecular patterns (PAMPs or MAMPs) through pattern recognition receptors (PRRs) at the pla nt cell surface. The perception of bacterial flagellin by the plant leucine-rich repeat receptor kinase FLS2 is a well studied example of PTI in the model plant Arabidopsis thaliana. It resembles the perception of bacterial flagellin by the mammalian Toll -like receptor 5 (TLR5). The second layer is called effector-triggered immunity (ETI) as it consists in the perception by the plant of so-called effectors that successful pathogens produce to overcome PTI. Another hardly characterized group of danger sign als able to trigger an innate immune response are damage-associated molecular patterns (DAMPs) originating from the attacked plant itself. Here we hypothesize that hydrolysis products of the plant secondary metabolites called glucosinolates act as DAMPs, and we present a tentative model for the mechanisms leading to the perception of these "GAMPs" (for glucosinolate hydrolysis-associated molecular patterns) and a plant innate immune response. Unravelling the perception and signalling mechanisms as well as assessing the nature of the plant innate immune response triggered by GAMPs in the model plant Arabidopsis thaliana is the object of the proposed project. We will use a combination of wet lab molecular biology and biochemistry tools, transcriptomics, pro teomics, bioinformatics and molecular imaging/microscopy to answer the scientific questions asked here. To succeed in our task we have engaged with us an inter-disciplinary network of excellent collaborators.