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Regulation des Kpp2/Kpp6-MAPK-Moduls in Ustilago maydis durch Phosphatasen
Der Lebenszyklus von Ustilago maydis, dem Erreger des Maisbeulenbrandes, beginnt mit der Ausbildung von Konjugationshyphen und der anschließenden Fusion zweier haploider Sporidien. Die Infektion der Wirtspflanze erfolgt daraufhin nach Ausbildung des Dikaryons durch Appressorien. Diese Entwicklung...
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| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2009
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | Der Lebenszyklus von Ustilago maydis, dem Erreger des Maisbeulenbrandes, beginnt mit
der Ausbildung von Konjugationshyphen und der anschließenden Fusion zweier haploider
Sporidien. Die Infektion der Wirtspflanze erfolgt daraufhin nach Ausbildung des
Dikaryons durch Appressorien. Diese Entwicklungsprozesse werden durch die beiden
Paarungstyploci a und b kontrolliert. Während der bialellische a-Locus Zell-Zellerkennung
und Zellfusion reguliert, werden die weiteren Entwicklungsschritte durch den
multiallelischen b-Locus kontrolliert.
Die Regulation der Expression beider Loci sowie des morphologischen Wechsels erfolgt,
neben einem cAMP-Signalweg, über ein konserviertes MAPK-Modul, bestehend aus der
MAPKKK Kpp4, der MAPKK Fuz7 und den MAPK Kpp2 und Crk1. Die Aktivierung des
MAPK-Moduls erfolgt, nach der Perzeption kompatiblen Pheromons durch anschließende
hierarchische Phosphorylierung am konservierten TEY-Motiv. Während in anderen
Organismen dual spezifische Protein-Tyrosin-Phosphatasen beschrieben wurden, welche
die MAPK durch die Dephosphorylierung des TEY-Motivs negativ regulieren, waren
solche Phosphatasen in U. maydis bisher nicht bekannt.
In dieser Arbeit wurden mit Rok1 und Mkp2 zwei potentielle Msg5p-homologe dual
spezifische Protein-Tyrosin-Phosphatasen identifiziert. rok1 zeigt eine Pheromon-abhängig
und mkp2 eine cAMP-abhängig induzierte Expression. Während solopathogene mkp2-
Deletionsstämme eine reduzierte Filamentation und eine leicht erniedrigte Virulenz zeigten
führte die rok1-Deletion zu einem gegensätzlichen Phänotyp. rok1-Deletionsmutanten
zeigen Filamentation, unabhängig von externen Stimuli und kompatiblen b-Loci sowie
eine verstärkte transkriptionelle Pheromonantwort. Dementsprechend führt die
Überexpression von rok1 zur Inhibition der transkriptionellen und morphologischen
Pheromonantwort und verhindert so die Paarung kompatibler Sporidien. Des Weiteren
zeigen rok1-Deletionsmutanten eine drastisch erhöhte Virulenz, welche durch vermehrte
Appressorienbildung und die effizientere Kolonisierung der Pflanze zu erklären ist. In
Wildtyp-Stämmen wird eine effiziente Appressorienbildung nur durch die Kombination
der beiden Stimuli „hydrophobe Oberfläche“ und „Fettsäure“ induziert, wohingegen für
rok1-Deletionstämme eine hydrophobe Oberfläche ausreicht die Appressorienbildung
effizient, sogar über das Maß der maximalen Induktion im Wildtypstamm hinaus, zu
induzieren. Somit reguliert Rok1 nicht nur die Pheromonantwort sondern auch die
Induktion der Appressorienbildung. Epistasis-Analysen ordnen Rok1 unterhalb der
MAPK-Kinase Fuz7 ein. Weiterhin ergaben phosphospezifische Westernanalysen, die
Repression der Phosphorylierungsmagnitude der MAP-Kinasen Kpp2 und Kpp6 nach
Pheromon-Stimulation durch rok1. Die Repression der MAPKs durch Rok1 spiegelt sich
ebenfalls in der Suppression pathogenitätsassoziierter Phänotypen beider MAPKEinzeldeletionsmutanten
durch Deletion von rok1 wieder.
Somit ist es in der vorliegenden Arbeit erstmals gelungen eine Protein-Phosphatase als
negativen Regulator des Kpp2/Kpp6-MAPK-Moduls in U. maydis zu identifizieren und zu
charakterisieren. Aufgrund der Eigenschaften der Phosphatase führt die Deletion von rok1
zur genetischen Aktivierung des MAPK-Modul und bietet somit erstmals die Möglichkeit
dessen Rolle auch während der biotrophen Entwicklung von U. maydis weiter zu
untersuchen. |
|---|---|
| Physical Description: | 102 Pages |
| DOI: | 10.17192/z2009.0700 |