Identifizierung und Charakterisierung organspezifischer Ustilago maydis Effektoren

Ustilago maydis, der Erreger des Maisbeulenbrands, penetriert seine Wirtspflanze Zea mays über die Epidermis und induziert nach erfolgreicher Kolonisierung des Wirts eine Tumorbildung in allen oberirdischen Organen der Pflanze. Um das pflanzliche Immunsystem während dieser biotrophen Interaktion eff...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Schilling, Lena
Beteiligte: Döhlemann, Gunther (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2015
Biologie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Ustilago maydis, der Erreger des Maisbeulenbrands, penetriert seine Wirtspflanze Zea mays über die Epidermis und induziert nach erfolgreicher Kolonisierung des Wirts eine Tumorbildung in allen oberirdischen Organen der Pflanze. Um das pflanzliche Immunsystem während dieser biotrophen Interaktion effizient zu unterdrücken ist U. maydis auf die Sekretion vieler Effektorproteine angewiesen. Die infizierten pflanzlichen Organe weisen physiologische sowie strukturelle Unterschiede auf, was auf organspezifische Infektionsstrategien seitens U. maydis schließen lässt. Diese Annahme wurde bereits durch eine Transkriptionsanalyse infizierter Maispflanzen gestärkt, die gezeigt hat, dass die Tumorbildung in unterschiedlichen Organen, spezifische transkriptionelle Änderungen bei Pathogen und Wirt mit sich bringt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf der Identifizierung und funktionellen Charakterisierung organspezifischer U. maydis Effektoren. 17 blattspezifische und vier spezifisch in der männlichen Blüte exprimierte Kandidatengene, die für potenziell sekretierte Proteine codieren, wurden selektiert. Deletionsanalysen offenbarten, dass sieben dieser U. maydis Gene einen wichtigen Einfluss auf Blattinfektionen haben. Mutanten für zwei Gene zeigten einen Virulenzdefekt bei Infektionen der männlichen Blüte und zwei weitere Gene waren an der Infektion beider getesteten Organe beteiligt. Einer der identifizierten organspezifischen Kandidaten ist der U. maydis Effektor Um01829. Das Gen um01829 wurde sehr stark bei Blattinfektionen, jedoch nur sehr gering im Falle von Infektionen der männlichen Blüte exprimiert. Die U. maydis Deletionsmutante SG200Δum01829 wies eine reduzierte Virulenz bei Blattinfektionen auf, wo hingegen Infektionen der männlichen Blüte mit dem Wildtyp SG200 vergleichbar waren. Mikroskopische Aufnahmen belegten die prognostizierte Sekretion des Effektors, zudem wurde eine Lokalisation von Um01829 an Zell/Zell-Übergängen und in dem apoplastischen Zwischenraum beobachtet. Darüber hinaus zeigte die Deletionsmutante einen Defekt in der Zell/Zell-Penetration bei Maisblättern vier und acht Tage nach der Infektion. In vitro Analysen mit unterschiedlichen 4-Nitrophenyl markierten Substraten belegten, dass es sich bei dem von um01829 codierten Protein um eine α-L-Arabinofuranosidase handelt. Durch Blattinfektionen mit enzymatisch inaktivem Um01829 konnte der Funktion als α-L-Arabinofuranosidase jedoch ein lediglich partieller Einfluss auf die Virulenz von U. maydis zugesprochen werden, was zudem auf weitere bisher noch nicht bekannte virulenzrelevante Funktionen des Effektors schließen lässt.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2015.0075