The role of calcium signalling in innate immunity in Arabidopsis thaliana

Abstract

In Pflanzen führt die Erkennung von Pathogenen anhand konservierter Mikroben-assoziierter Molekülmuster (microbe-associated molecular pattern, MAMP) durch spezifische Rezeptoren zu MAMP-induzierter Immunität. Obwohl schnell auftretende Veränderungen der zytosolischen Ca2+-Konzentration ([Ca2+]zyt) Voraussetzung für nachfolgende Reaktionen sind, ist nur wenig über die beteiligten Kanäle/Transporter bekannt. Die bakteriellen MAMPs Flagellin (flg22) und Elongationsfaktor Tu (elf18), pilzliche Chitinoligomere und das pflanzliche AtPep1 lösen ähnliche [Ca2+]zyt-Erhöhungen aber mit unterschiedlicher Verzögerung und Amplitude in Arabidopsis thaliana aus. Eine Beteiligung des plasmamembranständigen Ca2+-Kanals defence-no-death 1 (DND1) oder des vakuolären Kationenkanals two-pore channel 1 (TPC1) wurde widerlegt. MAMP-induzierte Ca2+-abhängige H2O2-Akkumulation führt zu einer additiven [Ca2+]zyt-Erhöhung. Weiterhin wurden Mutanten mit einer veränderten flg22-induzierten [Ca2+]-Erhöhung (changed calcium elevation, cce) isoliert. Diese zeigen eine verringerte oder verstärkte MAMP-induzierte [Ca2+]-Erhöhung.

In plants recognition of pathogens through conserved “microbe-associated molecular patterns” (MAMPs) by cognate receptors leads to MAMP-triggered immunity. Although rapid changes in the cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]cyt) are crucial for downstream responses, little is known about the channels/transporters involved. The bacterial MAMPs flagellin (flg22) and elongation factor Tu (elf18), fungal chitinoligomers and the plant-derived AtPep1 induce a similar [Ca2+]cyt elevation in Arabidopsis thaliana but with distinct lag time and amplitude. A putative role of the plasma membrane-resident Ca2+-permeable channel defence-no-death 1 (DND1) or the vacuolar cation channel two-pore channel 1 (TPC1) in MAMP signalling was disproved. MAMP-induced Ca2+-dependent H2O2 accumulation leads to a subsequent additional [Ca2+]cyt elevation. Furthermore, mutants with changed calcium elevation (cce) in response to flg22 were isolated. These showed either reduced or enhanced [Ca2+] elevations in response to MAMPs.