2013-08-20 Effector Biologie 2011 English Sporisorium reilianum Sporisorium reilianum causes head smut disease on maize. Symptoms of S. reilianum become obvious when the fungus forms spores and induces phyllody in the inflorescences. This study aimed to provide an understanding of how S. reilianum changes the developmental program of maize, and to identify and characterize symptom and virulence determinants of the pathogen. The maize-S. reilianum interaction was approached from both sides. From the side of maize, the induced alterations on morphology, transcription, hormone level and concentration of reactive oxygen species (ROS) were investigated. Morphological analysis showed that S. reilianum infection promoted outgrowth of subapical ears suggesting that fungal presence suppressed apical dominance. S. reilianum colonization also led to an increase in the total cytokinin and auxin content of the inflorescence and an accumulation of ROS that could explain suppression of apical dominance. Furthermore, S. reilianum infection triggered loss of floral organ and meristem identities, and loss of meristem determinacy. Microarray analysis showed that these developmental changes were accompanied with transcriptional regulation of genes known or proposed to regulate floral organ and meristem identities, and meristem determinacy in maize. From the side of S. reilianum, genome comparison with the closely related smuts Ustilago maydis and Ustilago hordei was performed to predict potential candidate genes with function in symptom formation or virulence on maize. Functional characterization of the candidates showed that deletion of dicer did not lead to changes in virulence or in the mutant behavior in response to different stresses. In addition, genes with avirulence functions (sr10057, sr10060, sruni1 and sruni2) and those with virulence functions (clusters 19A, cluster 5-1uni and sruni5) were identified. Cluster 19A3 was suggested to encode leaf senescence inhibitors, since its deletion triggered leaf tip death. Additionally, vag1 fulfilled avirulence and virulence functions in leaves and nodes, respectively. Two genes, sad1 and sad2 showed involvement in suppression of apical dominance. SAD1 and VAG1 were degraded in a leaf-specific manner. SAD1 localized to the nucleus and the cytoplasm when expressed in plant cells and, interacted with the effector MIG1 and plant proteins involved in ubiquitination, nuclear functions and signaling. These interaction partners could shape the mechanism of tissue-specific degradation of SAD1 and the role of SAD1 in suppression of apical dominance. Hence, a molecular link could be established between specific effectors of S. reilianum and induced developmental changes in the host. https://doi.org/10.17192/z2013.0392 Effektoren Molekulare Dissektion von Mais-Sporisorium reilianum Interaktionen: Entwicklungsbedingte Wirt-Veränderungen und Pathogen-Effektoren opus:3790 Pathogen 2011-06-30 doctoralThesis urn:nbn:de:hebis:04-z2013-03921 https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2013/0392/cover.png Life sciences Biowissenschaften, Biologie Sporisorium relianum ist ein Verursacher von Maiskopfbrand. Die Symptome werden sichtbar, wenn der Pilz Sporenbildung und Verlaubung (Phyllodie) im Blütenstand verursacht. In dieser Studie sollten Symptom- und Virulenzfaktoren des Pathogens identifiziert und charakterisiert werden, und herausgefunden werden, wie der Pilz das Entwicklungsprogramm von Mais verändert. Die Interaktion zwischen Mais und S. reilianum wurde von beiden Seiten untersucht. Auf der Seite der Maispflanze wurden die induzierten Veränderungen in Bezug auf Transkription, Hormongehalt und Konzentration der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) untersucht. Morphologische Studien zeigten, dass eine Infektion mit S. reilianum den subapikalen Auswuchs von Kolben förderte, welches darauf hindeutete, dass die Anwesenheit des Pilzes die Apikaldominanz unterdrückt. Eine Kolonisierung mit S. reilianum führte außerdem zu einem Anstieg der Zytokinin- und Auxingesamtkonzentrationen im Blütenstand und zu einer Akkumulation von ROS, was die Unterdrückung der Apikaldominanz erklären könnte. Ferner führte eine Infektion mit S. reilianum zum Verlust der Identität der Blütenorgane und des Meristems, sowie zum Verlust der Meristem-Determinanz. Microarray-Analysen zeigten, dass diese Entwicklungsveränderungen von einer transkriptionellen Regulation von Genen begleitet waren, die für bekannte oder postulierte Regulatoren der Identität der Blütenorgane und des Meristems sowie der Meristem-Determinanz kodieren. Auf der Seite von S. reilianum wurden Genomvergleiche mit den eng verwandten Brandpilzen Ustilago maydis und Ustilago hordei durchgeführt, um potentielle Genkandidaten zu identifizieren die für die Symptomausbildung oder Virulenz auf Mais verantwortlich sind. Eine funktionelle Charakterisierung der Kandidaten zeigte, dass die Deletion von dicer nicht zu einer Veränderung der Virulenz oder der Stressresistenz führte. Weiterhin wurden Gene mit Avirulenz- (sr10057, sr10060, sruni1 und sruni2) und mit Virulenzfunktion (clusters 19A, cluster 5-1uni und sruni5) identifiziert. Cluster 19A3 scheint Faktoren zur Unterdrückung der Blattalterung zu kodieren, da seine Deletion das verfrühte Sterben der Spitzen infizierter Blätter auslöste. Weiterhin erfüllte vag1 Virulenzfunktionen in Blättern und Avirulenzfunktionen in Nodien. Zwei Gene, sad1 und sad2, zeigten eine Beteiligung an der Unterdrückung der Apikaldominanz. SAD1 und VAG1 werden im Blatt proteolytisch abgebaut. Nach Expression in Pflanzenzellen lokalisierte SAD1 im Zellkern und im Zytoplasma und interagierte mit dem Effektor MIG1 sowie mit Pflanzenproteinen, welche vermutlich an der Ubiquitinierung, an Kernfunktionen und an Signalprozessen beteiligt sind. Diese Interaktionspartner könnten den Mechanismus des organspezifischen Abbaus von SAD1 und die Rolle von SAD1 in der Unterdrückung der Apikaldominanz erklären. Somit konnte eine molekulare Verbindung zwischen spezifischen Effektoren von S. reilianum und induzierten Entwicklungsveränderungen im Wirt etabliert werden. Fachbereich Biologie Ghareeb, Hassan Ghareeb Hassan Philipps-Universität Marburg Sporisorium reilianum 2013-08-20 monograph application/pdf Development Molecular Dissection of Maize-Sporisorium reilianum Interactions: Host Developmental Changes and Pathogen Effectors Entwicklung ths Prof. Dr. Schirawski Jan Schirawski, Jan (Prof. Dr.) Pathogen Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg Universitätsbibliothek Marburg