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Titel:Die Bedeutung von Myo5 für das polare Wachstum, die pathogene Entwicklung und den Transport polarer Chitinsynthasen in Ustilago maydis
Autor:Weber, Isabella
Weitere Beteiligte: PD Dr. Gero Steinberg
Erscheinungsjahr:2004
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2004/0285
DOI: https://doi.org/10.17192/z2004.0285
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2004-02859
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.):The role of Myo5 in polar growth, pathogenic development and the transport od polar chitin synthases in Ustilago maydis

Dokument

Schlagwörter:
Molekularer Motor, chitin synthases, myosin, Myosin, Ustilago maydis, polares Wachstum, Ustilago maydis, polar growth, Chitinsynthasen, Pathogenität

Zusammenfassung:
Der phytopathogene Pilz Ustilago maydis ist der Erreger des Maisbeulenbrandes. Die Bildung des infektiösen dikaryotischen Filaments setzt die Fusion zweier kompatibler Sporidien voraus, die stimuliert durch das Pheromon des Partners Konjugationshyphen ausbilden, aufeinander zu wachsen und miteinander fusionieren. Sowohl für den Kreuzungsprozess als auch für die erfolgreiche Infektion der Wirtspflanze ist die Fähigkeit des Pilzes, polar zu wachsen, von essentieller Bedeutung. Polares Wachstum erfordert die gerichtete Anlieferung von Wachstums- und Zellwandkomponenten entlang des Cytoskeletts zur Wachstumsspitze hin. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Klasse V Myosin, Myo5, für verschiedene Stadien des Pilzes während seines sexuellen Lebenszyklus von enormer Bedeutung ist. Myo5 ist essentiell für die erfolgreiche Perzeption des Pheromons und die Ausbildung von Konjugationshyphen. Auch das Wachstum dikaryotischer Hyphen ist in myo5ts-Mutanten gestört. Zudem zeigten myo5ts-Infektionshyphen deutliche Störungen des polaren Wachstums während der frühen Infektionsphase, was sich in der Ausbildung geschwollene Hyphenverzweigungen äußerte, und sie induzierten bereits bei permissiver Temperatur nur bei 2,7% der Pflanzen Tumore. Aufgrund der aus Vorversuchen resultierenden Erkenntnisse wurden Chitinsynthasen als mögliche ?Cargos? von Myo5 in Betracht gezogen und näher untersucht. Das Genom von U. maydis kodiert für sieben Chitinsynthasen (Chs1-7) und eine Myosin-Chitinsynthase (Mcs1). Sowohl die Phänotypen der Chitinsynthase-Deletionsstämme wurden näher analysiert, als auch in vivo Lokalisationsstudien der Chitinsynthasen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Dchs5- und auch Dchs7-Zellen ähnliche Zelltrennungsdefekte wie Dmyo5-Zellen sowie Störungen in der Ausbildung von Konjugationshyphen aufwiesen. Zudem führte die Deletion von chs7 zu einer starken Beeinträchtigung der Filamentbildung auf aktivkohlehaltigem Medium und der Pathogenität. Die Deletion von chs6 und mcs1 störte die Filamentbildung kompatibler Stämme nicht, resultierte allerdings in einer völligen Apathogenität. Ähnlich wie Myo5 lokalisierten die vier Chitinsynthasen Chs5, Chs6, Chs7 und Mcs1 in der Spitze wachsender Sporidien. Inhibitorversuche ergaben, dass die Lokalisation dieser polaren Chitinsynthasen von Aktin abhängt. Untersuchungen zur Lokalisation von Chs5, Chs6, Chs7 und Mcs1 in myo5ts-Mutanten zeigten eine deutliche Fehlverteilung von Chs7 in myo5ts-Mutanten nach einstündiger Inkubation bei restriktiver Temperatur. Durch den neu etabliertem in vivo Aktinmarker Fim1GFP konnte eine Störung des Aktin-Cytoskeletts als Ursache ausgeschlossen werden. Sowohl die phänotypischen Analysen als auch die Lokalisations- und Inhibitorstudien weisen deutlich auf eine Beteiligung von Myo5 an der Lokalisation von Chs7 hin.

Summary:
Ustilago maydis is the causative agent of corn smut disease. A pre-requisite for the formation of the infectious dicaryotic filament is the fusion of two compatible sporidia. As a result of the pheromone stimulation by the partner cells form conjugation hyphae that grow towards each other and fuse at their tips. The ability to grow polar is crucial for both the mating process and the successful plant infection. Polar growth requires the delivery of growth components along the cytoskeleton. In this work it was shown, that the class V myosin Myo5 is of great importance for several stages during the sexual life cycle especially for the pheromone perception and the conjugation tube formation. In addition the growth of dicaryotic myo5ts hyphae was disturbed. Furthermore, myo5ts infection hyphae showed severe defects in polar growth during the early plant infection. Based on preliminary experiments chitin synthases were considered to be a potential cargo of Myo5. The genom of U. maydis codes for seven chitin synthases (Chs1-Chs7) and for one myosin chitin synthase (Mcs1). Chitin synthase deletion phenotypes were analysed and localized in vivo. It turned out that the deletion of chs5 and chs7 resulted in cell separation defects similar to the deletion of myo5. Dchs5- and Dchs7-cells were also impaired in the formation of conjugation tubes. In addition the deletion of chs7 led to impaired filament formation. The deletion of chs6 and mcs1 had no effect on filament formation but resulted in a complete loss of virulence. Similar to Myo5 Chs5, Chs6, Chs7 and Mcs1 localize to the growing bud tip. Inhibitor studies showed that their localization is actin dependent. In myo5ts cells Chs7 was mislocalized upon one hour temperature shift. Using the new established actin marker Fim1GFP a disruption of the actin cytoskeleton could be excluded. The phenotypic analyses as well as the localization and inhibitor studies indicate the participitation of Myo5 in Chs7 localization.


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