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Titel:Comparative analysis of the Maize Smut Fungi Ustilago maydis and Sporisorium reilianum
Autor:Heinze, Bernadette
Weitere Beteiligte: Kahmann, Regine (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2009
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2010/0093
DOI: https://doi.org/10.17192/z2010.0093
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2010-00934
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.):Vergleichende Analyse der Maisbrandpilze Ustilago maydis und Sporisorium reilianum
Publikationsdatum:2010-03-09
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Maiskrankheit, Brandpilze, pathogens, smut fungi

Summary:
The maize plant (Zea mays) is host to two closely related phytopathogenic fungi Ustilago maydis and Sporisorium reilianum. U. maydis infects all aerial parts of the plant, rapidly forming galls or tumours filled with spores. S. reilianum infects young seedlings, remains asymptomatic and grows systemically until it replaces the inflorescence with a mass of sooty spores. The identification of the factors responsible for the difference in infection specificity was the main aim of this work. As S. reilianum is known to be dimorphic it was important to characterise the mating type loci that are fundamental for the morphological changes. S. reilianum, like U. maydis, has a tetrapolar mating system. Molecular characterisation revealed that S. reilianum is an exceptional smut fungus that has three a loci: these were termed a1, a2, and a3. The a loci were found to each contain one receptor gene but two pheromone genes. Functional analysis proved that the native receptor does not recognise the two native pheromones. Instead it can only be stimulated by one pheromone, which is carried by each of the alternate a alleles. S. reilianum, similar to U. maydis, has multiple b mating type loci of which five were isolated and characterised. The b loci of S. reilianum contain two divergently transcribed open reading frames that each contains a homeobox motif. This is as is found in the b loci of U. maydis, which encode proteins that function as a transcription factor. Microscopic comparison of the early stages of infection caused by U. maydis and S. reilianum in maize demonstrated that the two fungi differ remarkably during the colonisation of the host tissue. U. maydis’ proliferative capacity is initiated as early as three dasy post infection (dpi) while S. reilianum shows only sustained hyphal growth at the same time point. Thus, the gene expression profiles produced by U. maydis and by S. reilianum infected maize using amplified fragment length polymorphism on cDNA (cDNA-AFLP) were compared. Interestingly, a nitrilase gene was identified as being differentially expressed in U. maydis tissue three dpi. As a nitrilase may be involved in the final stages of auxin biosynthesis, the auxin generating capability of the U. maydis triple deletion strains missing the nitrilase and the two indole acetaldehyde dehydrogenase genes iad1 and iad2 was investigated. Although auxin production was reduced in the mutants, plant infection assays revealed that tumour formation was unaffected. Consequently, the ability of U. maydis to produce auxin may not be directly related with its ability to produce tumours.

Zusammenfassung:
Die Maispflanze (Zea mays) ist Wirt für zwei engverwandte phytopathoge Pilze, Ustilago maydis und Sporisorium reilianum. Eine Infektion mit U. maydis führt zu mit Sporen gefüllten Gallen oder Tumoren an allen oberirdischen Teilen der Pflanze. S. reilianum infiziert junge Keimlinge, wächst systemisch und bildet Sporenlager in den Infloresenzen. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung der Faktoren, welche die unterschiedlichen Infektionsspezifika zwischen beiden Pilzen erklären. Da S. reilianum dimorphisch ist, war es wichtig, die Paarungstyploci, die für die morphologischen Veränderungen grundlegend sind, zu identifizieren. S. reilianum hat wie U. maydis ein tetrapolares Paarungssystem. Interessanterweise zeigte eine molekulare Charakterisierung der Paarungstyploci, dass S. reilianum drei unterschiedliche a-loci bebesitzt, a1, a2 und a3. Jedes der a-loci kodiert für ein Rezeptor Gen und zwei Pheromon Gene. Eine funktionale Analyse ergab, dass ein Rezeptor nur durch ein Pheromon stimuliert werden kann, das auf einem anderen a Allel kodiert wird. Es wurden fünf b-Paarungstyploci von S. reilianum identifiziert und charakterisiert. Diese enthalten zwei divergent transkribierte offene Leserahmen, die für Untereinheiten eines Transkriptionsfaktors kodieren. In einem weiteren Versuch wurden anhand der amplifizierten Fragmentlängen Polymorphismen von cDNA (cDNA-AFLP) die Gen expressionsprofile von U. maydis und S. reilianum infizierten Maispflanzen verglichen. Dabei wurde ein Gen aus U. maydis, das für eine Nitrilase kodiert, als differentiell exprimiert identifiziert. Da eine Nitrilase den letzten Schritt der Auxin biosynthese katalysieren könnte, wurden U. maydis Deletionsmutanten, denen neben der Nitrilase auch die Acetaldehyd dehydrogenasen Iad1 und Iad2 fehlen, auf ihre Fähigkeit zur Auxinproduktion und Tumorbildung untersucht. In vitro Auxinmessungen zeigten eine drastische Reduktion der Auxinproduktion der dreifach Deletionsmutanten. Pflanzeninfektionsexperimente zeigten, dass die Fähigkeit zur Tumorinduktion der Dreifachmutanten nicht beeinträchtigt war. Die Fähigkeit von U. maydis Auxin zu produzieren, scheint nicht mit seiner Fähigkeit Tumore zu induzieren verbunden zu sein.


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