Verticillium longisporum ist ein bodenbürtiges vaskuläres Pflanzenpathogen, das im europäischen Raum eine ernsthafte Bedrohung des agronomisch wichtigen Raps, einer Quelle für Biokraftstoff und Speiseöl, darstellt. Infektionsanalysen mit V. longisporum zeigten in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine neue Funktion des Jasmonoyl-Isoleucin- (JA-Ile) Rezeptors COI1, die unabhängig von JA-Ile oder pilzlichen Analoga dieses Pflanzenhormons Suszeptibilität gegenüber dem Pathogen vermittelt. Pfropfungsexperimente führten zu der Erkenntniss, das COI1 in Wurzeln für die Ausprägung von Krankheitssymptomen im Spross benötigt wird (Ralhan et al., 2012). Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, welche Gene unter der Kontrolle der JA-Ile-unabhängigen COI1-Funktion stehen und inwieweit sich die Signaltransduktionskette von der bekannten, durch COI1 aktivierten, Signaltransduktion unterscheidet. RNA-Sequenz-Analysen von infizierten und nicht-infizierten Wurzeln des Wildtyps, der coi1-Mutante und der JA-Biosynthesemutante aos ergaben zunächst, dass unter den gewählten Infektionsbedingungen nur wenige Gene durch den Pilz beeinflusst werden. Beim Vergleich der Transkriptomdaten von coi1- und aos-Wurzeln fiel jedoch auf, dass eine Gruppe von 113 Genen in der coi1-Mutante konstitutiv stärker exprimiert wurde als in der JA-Biosynthesemutante. Im Gegensatz dazu gab es nur wenige Gene, die in der coi1-Mutante geringer exprimiert waren als in aos und deren Expressionsmuster sich in unabhängigen Proben als nicht reproduzierbar erwies. Als Markergene für die Gruppe von Genen, bei der COI1 unabhängig von JA-Ile, d.h. auch in der aos-Mutante, als negativer Regulator der Genexpression wirkt, wurden aufgrund robuster Effekte der hochregulierten Transkriptmenge in der coi1-Mutante die Gene Phosphoglyceratmutase, Germin 2 und Cysteine-rich Receptor-like Kinase 15 (CRK15) gewählt. Durch Mutationen der Ligandenbindestelle von COI1 für JA-Ile wurde gezeigt, dass ein mutiertes COI1-Protein, das in der Pflanze JA-Ile-abhängige Funktionen wie Fertilität, JA-sensitives Wurzelwachstum und JA-induzierbare JAZ10-Expression nicht mehr ausführen konnte, ähnlich wie das WT-COI1 die Expression der Markergene weiterhin reprimieren konnte. Die Suszeptibilität-vermittelnde JA-Ile-unabhängige Funktion von COI1 gegenüber V. longisporum konnte mit diesen Konstrukten jedoch nicht eindeutig gezeigt werden, da die entsprechenden Leervektorkontrollen unerwarteterweise stark ausgeprägte Krankheitssymptome nach Infektion mit V. longisporum aufwiesen. Weitere bekannte Signalkomponenten der JA-Signaltransduktion wurden bezüglich ihrer Rolle in der JA-Ile-unabhängigen Funktion des COI1-Proteins analysiert. Dabei konnte über die Beteiligung der JAZ-Proteine keine Aussage getroffen werden, da eine beschriebene dominant-negative Wirkung des JAZ1∆3-Proteins in dieser Arbeit nicht bestätigt werden konnte. Da-hingegen konnte gezeigt werden, dass Komponenten wie NINJA und MYC2,3,4 keinen Einfluss auf die reprimierende Funktion von COI1 bezüglich der Phosphoglyceratmutase haben. Demnach konnte in dieser Arbeit durch Expressionsanalysen der Phosphoglyceratmutase, einem Schlüsselenzym der Glykolyse, demonstriert werden, dass sich die neue Funktion von COI1 stark von der klassischen und bekannten Funktion als JA-Ile-Rezeptor und Aktivator downstream agierender Prozesse der JA-Signaltransduktion unterscheidet. Es wird postuliert, dass es sich dabei um eine anzestrale Funktion des Proteins handelt, die mit der Entwicklung der JA-Synthese in Pflanzen aufgrund hoher Affinität des Rezeptors zu seinem Liganden in den Hintergrund gestellt wurde.

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Die bodenbürtigen, pflanzenpathogenen Pilze der Verticillium Familie sind über die ganze Welt verteilt. Bislang gibt es keine Fungiszide, die einen Befall der Wirtspflanzen verhindern können. Auf infizierten Feldern ist dem Pilz für viele Jahre ein Überleben im Boden in sogenannten Dauerformen (Mikrosklerotien, melanisierte Hyphen) möglich. Auch nach langer Zeit können diese auskeimen und der Pilz dann die Wirtspflanzen befallen, was ihn zu einem wirtschaftlichen Problem macht. Die Infektion der Wirtspflanzen erfolgt durch die Wurzeln; und nachdem der Pilz in die Xylemgefäße der Pflanze eingedrungen ist, wächst er innerhalb dieser vasculären Leitungsbahnen. Die infizierten Pflanzen zeigen Infektionssymptome wie frühzeitige Chlorose der Blätter, absterbendes Gewebe sowie verfärbte Gefäße in Stamm und Wurzel. Für die Landwirtschaft ist die Erforschung der Interaktionen zwischen Pflanzen und dem pathogenene Pliz von großer Bedeutung um mögliche Angriffspunkte zur Pilzbekämpfung zu finden. Diese Arbeit fokussiert sich auf zwei spezifische Gene in Verticillium dahliae, die für die Pathogenität des Pilzes eine Rolle spielen. Des Weiteren wurde die Gen­Regulation in Verticillium longisporum durch Analyse eines Transkriptoms untersucht. Die Studie hat zum Ziel die hohe Anpassung des Pilzes an die Bedingungen innerhalb des vaskulären Systems der Wirtspflanze zu zeigen, in dem dem saprophytischen Pilz nur eine limitierten Menge an Nährstoffe zugänglich ist. Das untersuchte V. dahliae Protein VdThi4 ist Teil der Thiamin Biosynthese (Vitamin B1). Dieses Mitochondriell lokalisierte Protein ist mit seinen weiteren Funtktionen in den DNA Reparaturmechanismus und die zelluläre Antwort auf oxidativen Stress (induziert durch ROS) eingebunden. Das Fehlen des Proteins führt im Pilz zum Verlust der pathogenen Eigenschaften auf der Wirtspflanze Solanum lycopersicum. Neben Proteinen wichtiger Stoffwechselwege spielen sekretierte Proteine eine große Rolle bei der Wirtsinfektion. Solche Proteine sind der Erste Kontakt zwischen Pathogen und Wirt und werden von beiden Seiten abgesondert. Infektionsversuche an S. lycopersicum zeigten, dass der Pilz das membrangebundene V. dahliae Protein VdPa14_2 für die Wirtspflanzeninfektion benötigt. Dieses Protein scheint die Resistenz gegen oxidativen Stress in der Zelle zu verringern in der Synthese schwarzen Melanins involviert zu sein. Für die Infektion von Wirtspflanzen und die Pathogenität benötigt V. dahliae viele verschiedene Proteine aus verschiedenen Stoffwechelwegen, wie die analysierten Proteine VdThi4 und VdPa14_2, die in der Zelle verschiedene Funktionen haben, aber beide für die Pathogenität des Pilzes benötigt werden. Um ein umfassenderes Bild der Interaktion zwischen Pilz und Pflanze zu bekommen, wurde die Genregulation in V. longisporum untersucht. Hierfür wurde ein Transkriptom erstellt. Es wurden sowohl die spezifisch- als auch die gleich-regulierten Transkripte während der in situ Kultivierung des Pilzes in Xylem­Saft aus Brassica napus, sowie der in vitro Kultivierung in simuliertem Xylem medium (SXM) untersucht. Beide Medien stellten sich während der Analyse als grundverschieden heraus. Das SXM stellt hingegen früherer Annahmen keine Simmulation der in vivo Konditionen innerhalb des vaskulären Systems einer Pflanze dar.

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