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Biochemical function of the plant protein PATHOGENESIS-RELATED 1 and its mode of action in plant disease resistance

English title Biochemical function of the plant protein PATHOGENESIS-RELATED 1 and its mode of action in plant disease resistance
Applicant Mauch Felix
Number 153202
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Département de Biologie Faculté des Sciences Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Botany
Start/End 01.07.2014 - 31.12.2018
Approved amount 474'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Botany
Molecular Biology

Keywords (5)

Pathogenesis-related protein 1 ; plant immunity; antimicrobial ; plant disease resistance; CAP proteins

Lay Summary (German)

Lead
Das bekannteste pflanzliche Abwehrprotein heisst PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN 1 (PR-1). PR-1 ist ein kleines antimikrobielles Protein. Obwohl PR-1 vor über 50 Jahren entdeckt wurde, ist seine biochemische Funktion bis heute unbekannt geblieben. Das Ziel unseres Projektes ist die biochemische Aktivität von PR-1 zu eruieren.
Lay summary

 

Pflanzen können sich aktiv gegen gegen mikrobielle Krankheitserreger wehren. Sie besitzen ein Immunsystem, welches mittels Immunrezeptoren vom Krankheitserreger stammende Moleküle erkennen kann. Die Aktivierung dieser  Immunrezeptoren führt über komplexe Signalwege zu Veränderungen der Expression sogenannter Abwehrgene. Die Krankheitsresistenz einer Pflanze hängt wesentlich davon ab, wie schnell und wie stark diese Gene aktiviert werden. Viele dieser Abwehrgene kodieren für Proteine die entweder direkte antimikrobielle Aktivität haben oder aber der Produktion antimikrobieller Meatboliten dienen. Darunter befinden sich Proteine, welche die Zellwand von pilzlichen und bakteriellen Krankheitserregern abbauen oder deren Membranen schädigen können. Das bekannteste Abwehrprotein, PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN 1 (PR-1), ist ein kleines antimikrobielles Protein, das vor mehr als 50 Jahren entdeckt worden ist. Die Funktionsweise von PR-1 ist allerdings bis heute unbekannt geblieben. Das Ziel unseres Projektes ist die biochemische Funktion von PR-1 zu finden. PR-1 gehört zur grossen Familie der CAP-Proteine, die sich durch eine konservierte Proteindomäne auszeichenen. Die meisten höheren Organismen, einschliesslich der Säugetiere, produzieren verschiedene CAP-Proteine mit weitgehend unbekannter Funktion. Interessanterweise scheinen einige CAP-Proteine eine Rolle in der Immunität von Säugetieren zu spielen. Wir erwarten, dass die Bestimmung der biochemischen Aktivität von PR-1 dazu beiträgt die Aktivität anderer CAP-Proteine zu bestimmen und von Relevanz ist sowohl für Pflanzenschutz als auch für  Medizin.

Direct link to Lay Summary Last update: 28.05.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
The sterol-binding activity of PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN 1 reveals the mode of action of an antimicrobial protein
Gamir Jordi, Darwiche Rabih, van't Hof Pieter, Choudhary Vineet, Stumpe Michael, Schneiter Roger, Mauch Felix (2017), The sterol-binding activity of PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN 1 reveals the mode of action of an antimicrobial protein, in The Plant Journal, 89(3), 502-509.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Dr. Krzysztof Wieczorek, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna Austria (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Prof. Dr. George Felix, University of Tübingen Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Dr. Christelle Robert, University of Bern Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Prof. Dr. Schneiter, University of Fribourg Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Prof. Dr. Philippe Reymond, University of Lausanne Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
129696 Functional analysis of RxLR effectors in the interaction of the oomycete pathogen Phytophthora brassicae with Arabidopsis 01.07.2010 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The aim of this research project is to characterize the biochemical activity and mode of action of the immune-related plant protein PATHOGENESIS-RELATED 1 (PR-1). PR-1 played a pioneering role in the discovery of plant innate immunity 50 years ago as it was discovered that pathogen-challenged plants accumulate a set of “pathogenesis-related” proteins with a proposed role in plant protection. The most prominent of these proteins was the small protein PR-1 that accumulated to more than 1% of total protein upon pathogen challenge and that showed in vitro antimicrobial activity. PR-1 belongs to the superfamily of CAP proteins (cysteine-rich secretory protein, antigen 5, and pathogenesis-related 1) that includes thousands of mostly secreted proteins from many eukaryotic species. CAP proteins share a conserved CAP domain of approximately 150 amino acids implicating a shared biochemical function. PR-1 was shown to have antimicrobial activity. However, despite intensive interest, the biochemical activity of PR-1 and of CAP proteins in general has remained elusive. In the proposed project we aim to identify the biochemical activity of PR-1 and possibly other CAP-proteins. The proposed research is potentially relevant beyond PR-1 and plant science as some CAP proteins were implicated in mammalian immunity and CAP proteins present in the secretome of pathogenic fungi were shown to function as virulence factors to promote disease in plants and animals. The elucidation of the mode of action of PR-1 in pathogen defense is expected to have implications relevant to plant protection and medicine.
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