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Titel: Identifizierung und Charakterisierung des Mais-spezifischen Signalpeptids Zip1 und dessen Aktivierung durch Cysteinproteasen
Autor: Ziemann, Sebastian
Weitere Beteiligte: Döhlemann, Gunther (Prof. Dr.)
Veröffentlicht: 2017
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0668
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-06686
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0668
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Identification and charaterization of the maize-specific signaling peptide Zip1 and its activation by cysteineproteases
Publikationsdatum: 2017-10-04
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
Pflanzen Immunität, Signalpeptid, Papain-ähnliche Cysteinproteasen

Zusammenfassung:
Während ihrer Entwicklung haben Pflanzen mit einer hohen Vielfalt von Pathogenen zu kämpfen. Pflanzen wirken einem Pathogenbefall entgegen, indem sie abhängig vom Lebensstils des Pathogens eine entgegengesetzte Immunreaktion, Zelltod oder Zellüberleben, induzieren. In diesem Zusammenhang spielen Papain-ähnliche Cysteinproteasen (PLCPs) eine entscheidene Rolle bei der Regulation der pflanzlichen Immunantwort und der Einleitung des Zelltods. In Mais (Zea mays) konnten fünf apoplastische PLCPs (CP1A, CP1B, CP2, XCP2 und CatB) identifiziert werden, die für diesen Prozess und die Inszenierung der Salicylsäure (SA)-abhängigen Immunantwort entscheidend sind. Interessanterweise ist das Zusammenspiel von PLPCs und SA-Immunreaktionen nicht linear, sondern zeigt eine reziproke Amplifikation. Im Gegensatz zu phänotypischen Beobachtungen sind die zugrundeliegenden, biochemischen Mechanismen weitgehend unerforscht. In dieser Arbeit konnte mittels massenspektrometrischer Analysen und Bioassays ein Peptid in SA-behandelten Maisblättern identifiziert werden, dass als Zip1 (Zea mays immune signaling peptide 1) bezeichnet wurde. Zip1 induziert die Expression SA-assoziierter PR (pathogenesis-related)-Gene und aktiviert, ähnlich wie SA, apoplastische PLCPs. In vitro-Studien konnten zeigen, dass zwei der zuvor identifizierten PLCPs, CP1 und CP2, immunogene Peptidsignale aus dem Zip1-Vorläuferprotein (PROZIP1) proteolytisch freisetzen. Weiterhin bestätigen RNAseq-basierte Transkriptomanalysen, dass Zip1- und SA-behandelte Maisblätter einen Großteil ähnlicher Immunantworten auf Transkriptebene teilen, weshalb bei Zip1 von einem SA-analogen Signalpeptid gesprochen werden kann. Bemerkenswerterweise und mit den RNAseq-Daten einhergehend konnte außerdem gezeigt werden, dass Zip1 die de novo Synthese von SA induziert. Darauf aufbauend erhöht Zip1 die Suszeptibilität von Mais gegenüber dem nekrotrophen Pathogen Botrytis cinerea. Mit der Identifizierung von Zip1, einem endogenen Maispeptid, welches von SA-ativierten PLCPs freigesetzt wird, ist das erste pflanzliche Peptidsignal charakteriseriert worden, das an der SA-abhänigen Immunantwort und dessen sequentiellen Amplifikation beteiligt ist.

Summary:
During their development plants face a wide range of pathogens. Control of plant pathogen resistance or susceptibility depends on the lifestyle of the invader and the promotion of either cell survival or cell death. Papain-like cysteine proteases (PLCPs) play important roles in regulating plant defense responses and in protecting plants against biotrophic pathogens. In maize (Zea mays) a set of five PLCPs, namely CP1A, CP1B, CP2, XCP2 and CatB, is critical in the orchestration of salicylic acid (SA)-dependent signaling. Intriguingly, the interaction of PLCPs and SA signaling pathways are non-linear and display patterns of reciprocal amplification. Underlying biochemical mechanisms by which PLCPs promote SA-associated defense responses remain unknown. In this work a peptide in apoplastic fluid of SA treated leaves termed Zip1 (Zea mays immune signaling peptide 1) was identified by using mass spectrometry and maize leaf bioassays. Zip1 induces maize PR-gene expression and activates apoplastic PLCPs similar to SA. In vitro studies using recombinant proteins demonstrate that CP1 and CP2 release immunogenic peptide signals from the propeptide precursor PROZIP1. Furthermore, RNAseq-based transcriptome analyses in maize leaves revealed that Zip1 treatment almost completely resembles SA defense responses. In line with that, Zip1 treatment results in de novo synthesis of SA. In the context of a necrotrophic fungal pathogen (Botrytis cinerea), Zip1 promotes disease susceptibility towards maize. Zip1, an endogenous plant peptide released by PLCPs, is the first immunogenic peptide, which acts sequentially as an amplifier of SA-dependent defense signaling in maize.

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