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Zusammenfassung:
Ustilago maydis, der Erreger des Maisbeulenbrandes, ist ein biotrophes Pflanzen-pathogen, das auf lebendes Pflanzengewebe angewiesen ist, um seinen Lebenszyklus zu beenden. Dies erfordert eine effiziente Unterdrückung des pflanzlichen Immunsystems, was durch die Sekretion sogenannter Effektorproteine erzielt wird. Ein Beispiel für einen solchen Effektor ist Pit2 (Protein important for tumors 2, Um01375). pit2-Deletionsmutanten können zwar Maispflanzen kolonisieren, sind jedoch nicht mehr dazu fähig, die Entstehung der für diesen Pilz charakteristischen Pflanzentumore zu induzieren. Stattdessen kommt es zu verstärktem Auftreten von Chlorosen in infizierten Pflanzen, was auf eine erhöhte Aktivität pflanzlicher Abwehrmechanismen hindeutet. Es konnte gezeigt werden, dass Pit2 mit den Abwehr-assoziierten apoplastischen Cysteinproteasen CP1A/B, CP2 und XCP2 interagiert und diese spezifisch inhibiert. Durch Sequenzvergleiche mit Pit2-Orthologen aus verwandten Brandpilzen konnte ein 14 Aminosäuren umfassendes Motiv (PID14) identifiziert werden, welches zur Protease-Interaktion und -Inhibition benötigt wird und zudem essentiell für die Virulenz von U. maydis ist. Darüber hinaus können synthetische UmPID14-Peptide apoplastische Maisproteasen inhibieren und die Virulenz der pit2-Deletionsmutanten partiell wieder herstellen. Diese Ergebnisse zeigen, dass Pit2 durch Inhibition apoplastischer Cysteinproteasen die pflanzliche Abwehr blockiert und dem Pilz dadurch die Etablierung und Aufrechterhaltung einer biotrophen Interaktion ermöglicht. Zusätzlich konnte durch Komplementationsversuche gezeigt werden, dass Pit2-Orthologe aus den verwandten Brandpilzen Ustilago hordei, Sporisorium reilianum oder Melanopsichium pennsylvanicum im U. maydis-Mais-Pathosystem nicht funktionell sind. Es wurde außerdem gezeigt, dass die orthologen PID14-Regionen innerhalb von UmPit2 die Funktion der UmPID14 in planta nicht ersetzen können. Umgekehrt war es jedoch möglich, die Wildtypvirulenz mithilfe von Chimären bestehend aus den orthologen Pit2-Proteinen kombiniert mit der UmPID14-Region teilweise wieder herzustellen. Insgesamt deuten diese Beobachtungen auf eine Wirtsspezifität der verschiedenen Pit2-Orthologe hin, die durch die jeweilige PID14-Region determiniert wird.

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23. Abb. 32: Lokalisation von PID14-Orthologen. Konfokale Aufnahmen intrazellulärer U. maydis Hyphen, die Sekretion von UhPID14-mCherry (Oben), SrPID14-mCherry (Mitte) und MpPID14- mCherry (Unten) zeigen. Rot: mCherry-Signal. Grau: Durch UV-Laser induzierte Autofluoreszenz der pflanzlichen Zellwand.
24. Abb. 33: Lokalisation von Pit2-Chimären. Konfokale Aufnahmen intrazellulärer U. maydis Hyphen, die Sekretion von UmPit2-UhPID14-mCherry, UmPit2-SrPID14-mCherry, UmPit2-MpPID14-mCherry, UhPit2-UmPID14-mCherry, SrPit2-UmPID14-mCherry und MpPit2-UmPID14-mCherry zeigen. Rot: mCherry-Signal. Grau: Durch UV-Laser induzierte Autofluoreszenz der pflanzlichen Zellwand.
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