Das symbiotische Peptid NCR247 von Medicago truncatula trägt durch multiple Mechanismen zur Differenzierung von Bakterioiden bei.

Die Symbiose zwischen rhizobischen Bodenbakterien und leguminosen Pflanzen führt zur Bildung von Wurzelknöllchen, in denen die Pflanzenzellen vollständig mit stickstofffixierenden Bakterien gefüllt sind. In den Wirtszellen passen sich die Bakterien an die intrazelluläre Umgebung an und gewinnen die Fähigkeit zur Stickstofffixierung. Je nach den Wirtspflanzen kann das symbiotische Schicksal der Bakterien reversibel oder irreversibel sein. In Medicago und verwandten Leguminosenarten durchlaufen die Bakterien einen wirtsgesteuerten mehrstufigen Differenzierungsprozess, der in der Bildung von verlängerten und verzweigten polyploiden Bakterien mit endgültigem Verlust der Zellteilungsfähigkeit gipfelt. Die pflanzlichen Faktoren sind knollenspezifische symbiotische Peptide. Etwa 600 davon sind knollenspezifische, cysteinreiche (NCR) Peptide, die in den von Rhizobien infizierten Pflanzenzellen produziert werden. NCRs sind auf die Endosymbionten gerichtet, und das koordinierte Wirken verschiedener Peptidgruppen steuert unterschiedliche Phasen der Endosymbiontenreifung, während die symbiotische Funktion einzelner NCRs unbekannt ist. Diese Studie konzentrierte sich auf NCR247, ein kationisches Peptid mit in vitro antimikrobiellen Aktivitäten. Wir zeigen, dass NCR247 in den Knöllchen-Zellen wirkt, in denen die bakterielle Zellteilung gestoppt ist und die Zellverlängerung beginnt. NCR247 durchdringt die Bakterien und bildet Komplexe mit vielen bakteriellen Proteinen. Die Wechselwirkung mit FtsZ, das für die Septumbildung erforderlich ist, ist eines der Wirtsinterventionen zur Hemmung der bakteriellen Zellteilung. Die Komplexbildung mit den ribosomalen Proteinen beeinflusst die Translation und trägt zur veränderten Proteom- und Physiologie des Endosymbionten bei. Die Bindung an das Chaperon GroEL verstärkt die durch NCR247 modifizierten biologischen Prozesse. Wir zeigen, dass GroEL1 von Sinorhizobium meliloti für eine effiziente Infektion, terminale Differenzierung und Stickstofffixierung erforderlich ist.