Charakterisierung von Interaktionspartnern der Homeodomänenproteine bE und bW und Untersuchungen zur chromatinvermittelten Regulation der pathogenen Differenzierung von Ustilago maydi

Der Erreger des Maisbeulenbrandes, der Basidiomycet Ustilago maydis, ist ein fakultativ biotropher Pilz, der in seiner saprophytischen Lebensphase in zwei distinkten Paarungstypen vorliegt, die sich in den a- und den b-Inkompatibilitätsloci unterscheiden. Haploide Sporidien, die sich durch Knospung...

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Main Author: Jamnischek, Alexander (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
Subjects:
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Description
Summary:Der Erreger des Maisbeulenbrandes, der Basidiomycet Ustilago maydis, ist ein fakultativ biotropher Pilz, der in seiner saprophytischen Lebensphase in zwei distinkten Paarungstypen vorliegt, die sich in den a- und den b-Inkompatibilitätsloci unterscheiden. Haploide Sporidien, die sich durch Knospung vermehren, können, kontrolliert durch die Paarungstyploci, zu einem infektiösen Dikaryon fusionieren und die Wirtspflanze Zea mays penetrieren. Charakteristisch ist dabei die Ausbildung eines in planta inter- und intrazellulär wachsenden Filaments, dessen Differenzierung von den in den b-Loci kodierten Homeodomänenproteinen bE und bW und deren Heterodimerisierung zu einem aktiven Transkriptionsfaktor abhängig ist. In früheren Arbeiten wurde ein komplexes Netzwerk b-abhängig regulierter Gene aufgedeckt, die eine Funktion bei der Pathogenitätsentwicklung und morphologischen Differenzierung spielen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einerseits Proteinfaktoren zu charakterisieren, die mit dem aktiven b-Heterodimer assoziieren, und andererseits den Einfluss Chromatin modifizierender Enzyme auf die pathogene Differenzierung von Ustilago maydis näher zu untersuchen. Im Vordergrund standen dabei Histondeacetylasen. In genetischen Interaktionsanalysen konnten zwei Proteine identifiziert werden, die mit dem aktiven b-Heterodimer physisch interagieren. Srp1, ein Homologes zum Importin a verschiedener Organismen, interagiert mit den bE- und bW-Proteinen und vermittelt möglicherweise deren Import in den Zellkern. In beiden Proteinen konnten Domänen identifiziert werden, die mit Srp1 interagieren und wahrscheinlich Kernimportsequenzen (NLS) darstellen. Mit Uku70 konnte ein weiterer Faktor isoliert werden, der an der Funktion des b-Heterodimers zwar nicht essenziell aber möglicherweise modifizierend beteiligt ist. Die mit Uku70 interagierenden Proteindomänen von bE und bW konnten näher eingegrenzt werden. Ausgehend von der Ustilago maydis Gesamtgenomsequenz wurde in einem direkten genetischen Ansatz mit der Histondeacetylase Hda139 – neben der bereits beschriebenen Hda1 – eine weitere RPD3 homologe HDAC identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Hda139 im Unterschied zur Hda1 essenziell an der transkriptionellen Regulation beteiligt ist, die zum Eintritt in die filamentöse und somit zur pathogenen Lebensphase von Ustilago maydis führt. Verschiedene molekulargenetische und zellbiologische Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Apathogenität verschiedener hda139-Deletionsmutanten darauf beruht, dass eine Differenzierung in die filamentöse Wachstumsform unterbleibt. Vergleichende Analysen auf Transkriptomebene mit Hilfe von DNA-Micro-Arrays zeigen, dass trotz der großen Ähnlichkeit Hda1 und Hda139 keine überlappenden Gensets regulieren. Neben der nicht redundanten Funktion beider HDACs konnte für die Hda139 eine essenzielle Beteiligung an der Induktion b-abhängig regulierter Gene in der dikaryotischen Lebensphase nachgewiesen werden. Weitere Analysen deuten darauf hin, dass die Hda139 neben ihrer Beteiligung an der Regulation b–filamentspezifischer Gene auch eine Funktion bei der nicht b-abhängigen Filamentbildung ausübt. Mit der Histondeacetylase Hda139 könnte somit ein regulierender Faktor der filamentösen Differenzierung von Ustilago maydis identifiziert worden sein.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2003.0647