Sensing and degradation of the plant defence hormone salicylic acid by the biotrophic fungus Ustilago maydis

Salicylsäure (SA) ist eine phenolische Verbindung bestehend aus einem aromatischen Ring mit einer Carboxyl- und Hydroxylgruppe. SA stellt ein Schlüsselmolekül der pflanzlichen Immunantwort dar und reguliert lokale als auch systemische Abwehrreaktionen gegen biotrophe Pathogene. Ein Modellorganismus für biotrophe Pathogene ist der Maisbeulenbrandpilz Ustilago maydis. Um SA-vermittelte Abwehrreaktionen zu unterdrücken und erfolgreich die Pflanze zu besiedeln hat U. maydis verschiedene Strategien entwickelt. So konnte gezeigt werden, dass U. maydis die pflanzliche SA-Produktion sowie die SA-assoziierte Signalweiterleitung zu seinen Gunsten manipulieren kann. Außerdem wurden im Genom von U. maydis drei Gene identifiziert, die für putativ SA-abbauende Enzyme, sogenannte Salicylathydroxylasen, kodieren. Für eines dieser Proteine, Shy1,wurde bereits die enzymatische Aktivität als Salicylathydroxylase bestätigt. Die vorhergesagte Eigenschaft SA abzubauen bildete die Grundlage für die Hypothese, dass diese Proteine zur Unterdrückung der pflanzlichen Immunantwort beitragen könnten. Um die biologische Funktion des SA-Abbaus durch Salicylathydroxylasen in U. maydis zu verstehen, wurde in dieser Arbeit die Charakterisierung dieser Proteine fortgesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass U. maydis SA als Kohlenstoffquelle nutzen kann und Shy1 für diesen Abbau essentiell ist. Neben shy1 und UMAG_03408, dem zweiten vorhergesagten Salicylathydroxylase-Gen, ist auch das dritte Gen der Familie, UMAG_05967, während der pathogenen Entwicklung induziert. Allerdings haben diese Gene trotz ihrer transkriptionellen Induktion keinen Einfluss auf die Virulenz des Pilzes. Quantitative real-time PCR-Analysen zeigten, dass shy1, UMAG_03408 und UMAG_05967 durch SA induziert werden. Dies lies vermuten, dass U. maydis SA perzipieren kann. Um herauszufinden, welche Faktoren an SA-Perzeption und Weiterleitung beteiligt sind, wurde ein auf UV-Mutagenese basierendes genetisches Screening durchgeführt. Dabei konnte Rss1 als Schlüsselkomponente des SA-Signalwegs identifiziert werden. Das Protein weist Merkmale eines binuklearen Zink-Cluster Transkriptionsfaktors auf und reguliert die Expression von Genen, die im SA- und Tryptophan-Metabolismus involviert sind. Rss1 agiert vermutlich gleichzeitig als SA-Sensor und transkriptioneller Aktivator. Obwohl Rss1 wichtig für die Expression von SA-induzierten Genen in axenischer Kultur ist, lieferten real-time PCR-Analysen Hinweise, dass weitere Signalwege während der pathogenen Entwicklung aktiv sind, die SA-induzierte Gene regulieren. Pathogenitätsstudien zeigten zudem, dass rss1 keinen Einfluss auf die Virulenz von U. maydis hat.