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Titel: Pathogenitätsrelevante Signalkaskaden in Ustilago maydis: Identifikation von Zielgenen
Autor: Eichhorn, Heiko
Weitere Beteiligte: Kahmann, Regine, Prof. Dr.
Erscheinungsjahr: 2004
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2004/0150
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2004-01504
DOI: https://doi.org/10.17192/z2004.0150
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Signalling in the plant pathogen Ustilago maydis: Identification of target genes

Dokument

Schlagwörter:
iron permease, cAMP, Ustilago maydis, Signalling, Eisenpermease, Signalweiterleitung, Ustilago, Ustilago maydis, Phytopathogene Pilze, Transkriptomanalyse, microarray, Microarray, Pathogene Pilze, plant pathogen, MAP-Kinase

Zusammenfassung:
In Ustilago maydis sind drei Signalwege bekannt, die für die pathogene Entwicklung dieses Brandpilzes essentiell sind. Während die Kpp4/Fuz7/Kpp2-MAPK-Kaskade und der cAMP-Weg für den Paarungsprozess und die Ausbildung von frühen Infektionsstrukturen benötigt werden, ist die Kpp6-MAPK-Kaskade entscheidend für die Penetration der Blattoberfläche. Bisher waren nur wenige Zielgene dieser Signalwege bekannt. In dieser Arbeit wurden isogene Stämme konstruiert, die eine regulierbare genetische Aktivierung der einzelnen Signalkaskaden ermöglichen. Durch genomweite Microarray-Analysen (Affymetrix)wurde das Transkriptom dieser Stämme untersucht und mit der Situation nach Pheromonstimulation verglichen. Unter den differentiell regulierten Genen konnten neben zahlreichen bekannten auch eine Vielzahl neuer Zielgene identifiziert werden. Vergleichende Analysen der Transkriptome zeigen, dass eine deutliche Überlappung der Signalwege vorliegt. An der Regulation dieses Netzwerks sind neben dem HMG-Domänen Transkriptionsfaktor Prf1 weitere Komponenten beteiligt, die vermutlich posttranskriptionell reguliert werden. Nach Aktivierung des cAMP-Wegs wurden drei koregulierte Gencluster identifiziert, die eine potentielle Funktion bei der Eisenaufnahme haben. Unter den koregulierten Genen befinden sich Vertreter des reduktiven und des nicht-reduktiven Eisenaufnahme-systems, u.a. die bereits bekannten Gene sid1 und sid2, die für eine Ornithin-5-Monooxigenase und eine Ferrichrom-Siderophoren-Peptidsynthetase kodieren. Für die Expression dieser Gene wird ein intakter cAMP-Weg benötigt, darüber hinaus werden die Gene durch Eisen reprimiert. Da bereits bekannt war, dass das nicht-reduktive Eisenaufnahmesystem keine Rolle bei der pathogenen Entwicklung von U. maydis spielt, konzentrierte sich die Arbeit auf die hochaffine Eisenpermease die Teil des reduktiven Eisenaufnahmesystems ist. Durch Komplementation einer Hefemutante konnte gezeigt werden, dass fer2 für eine funktionelle Eisenpermease kodiert. fer2-Deletionsmutanten zeigen einen Wachstumsdefekt auf Eisenmangelmedium. In der Pflanze ist die Proliferation solcher Mutanten stark reduziert und die Ausbildung von Pathogenitätssymptomen deutlich abgeschwächt. Dies zeigt, dass Komponenten des reduktiven Eisenaufnahmesystems Virulenzfaktoren in U. maydis sind.

Summary:
Ustilago maydis is the causative agent of corn smut disease. The pathogenic dikaryotic form is generated after mating of two compatible cells. Results from several laboratories have shown that the signalling pathways required for transmission of the pheromone signal during mating are also needed during pathogenic development. In particular, the components of a MAP kinase module as well as tightly regulated cAMP signalling are needed for disease progression. Recent results suggest that these pathways have partially overlapping as well as distinct functions. To analyse these pathways in more detail, a comparative transcriptome analysis was performed. Isogenic strains were generated which allow to activate the different signalling pathways. Wild type alleles or non-phosphorylatable alleles of the two MAP kinases kpp2 and kpp6, respectively, were introduced into strains that harbour a constitutively active allele of the MAPKK fuz7. The expression of the fuz7 allele is made inducible by the crg1 promoter which is ON in arabinose and OFF in glucose. In addition a strain was constructed that expresses the catalytic subunit of the PKA (adr1) under control of the crg1 promoter. The transcription profile of pheromone stimulated wild type cells was included for comparison. RNA was isolated at various time points and analysed by whole genome micro arrays (Affymetrix). In this set were ten genes with a putative function in iron uptake clustered to three chromosomal regions. The cluster contains the known genes sid1 and sid2, involved in siderophore biosynthesis plus 8 new genes, designated fer1-8. All these genes are repressed by iron and require an intact cAMP signalling cascade for expression. The gene of a high affinity iron permease, fer2, was analysed in more detail and shown to be a critical virulence factor in Ustilago maydis.


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