Functional characterization of the Ustilago maydis virulence gene scp2

Der Maisbeulenbranderreger Ustilago maydis infiziert seine Wirtspflanze Zea mays mithilfe spezialisierter Infektionsstrukturen, sogenannter Appressorien. Die Ausbildung von Appressorien wird durch die Wahrnehmung chemischer und physikalischer Stimuli auf der Blattoberfläche induziert. Im Verlauf der Kolonisierung sekretiert U. maydis Effektor-Proteine die zur Etablierung der biotrophen Interaktion beitragen. Diese Effektoren besitzen ein N-terminales hydrophobes Sekretionssignal, welches den Transport über den klassischen Sekretionsweg vermittelt. In den vergangenen Jahren wurde jedoch eine Vielzahl unkonventionell sekretierter Proteine identifiziert, die den Extrazellularraum unabhängig vom ER-Golgi-System erreichen. In der vorliegenden Studie wurde das unspezifische Lipid-Transfer Protein Scp2 (sterol carrier protein 2) von U. maydis analysiert, welches als potentieller Kandidat für unkonventionelle Proteinsekretion identifiziert wurde. Scp2 besitzt kein N-terminales Signalpeptid, verfügt jedoch über eine peroxisomale Zielsteuerungssequenz (PTS1). Quantitative Echtzeit-PCR zeigte eine Induktion der scp2-Expression in frühen Stadien der Pflanzen-Kolonisierung. Mikroskopische Untersuchungen ergaben, dass scp2 Deletionsstämme eine stark eingeschränkte Fähigkeit zur Appressorienbildung auf künstlichen Oberflächen aufweisen. Des Weiteren führte die Deletion von scp2 zu einem Virulenzdefekt, der auf eine reduzierte Penetration der pflanzlichen Cuticula zurückgeführt werden konnte. Die beobachteten Defekte wurden dabei vermutlich nicht durch eine gestörte peroxisomale β- Oxidation verursacht. Im Gegensatz zu scp2-Deletionsstämmen führte die Infektion von Maispflanzen mit Stämmen, die scp2 unter dem cmu1 Promoter überexprimierten, zu starken Pflanzenabwehrreaktionen. Zwei weitere Scp2-ähnliche Proteine konnten in Peroxisomen nachgewiesen werden, doch die Deletion der beiden Gene hatte keinen Einfluss auf die Virulenz von U. maydis. Mithilfe von Koloniesekretions-Analysen konnte bestätigt werden, dass Scp2 in geringen Mengen unkonventionell sekretiert wird. Der Export von Scp2 über die klassische ER-Golgi-Route führte jedoch nicht zu einer Komplementation des Virulenz-Phänotyps eines scp2-Deletionsstammes, was vermuten lässt, dass der Virulenzdefekt nicht in Verbindung mit der extrazellulären Population des Proteins steht. Erstaunlicherweise wiesen scp2- Deletionsstämme eine veränderte Verteilung von Peroxisomen und Lipidtropfen in Filamenten auf Parafilm und auf der Pflanzenoberfläche auf. Daher wird vermutet, dass Scp2 an der Appressorienbildung beteiligt ist, indem es die Verteilung von Peroxisomen und Lipidtropfen beeinflusst. Scp2 könnte somit einen neuen Faktor für die Penetration der Pflanzenoberfläche darstellen.