title: Functional characterization of the Ustilago maydis virulence gene scp2
title: Funktionelle Charakterisierung des Virulenzgen Scp2 (sterol carrier protein 2) von U. maydis
Creators: name: Krombach, Sina
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Corn smut, peroxisome
Botanical sciences
Pflanzen (Botanik)
Peroxisom
Maisbeulenbrand

description: The causative agent of the corn
      smut disease Ustilago maydis infects its host plant Zea mays
      by specialized infection structures, so-called appressoria,
      which are formed upon perception of chemical and physical
      stimuli on the leave surface. During the colonization process
      U. maydis secretes effector proteins that help to establish a
      biotrophic interaction. These effector proteins harbor an
      N-terminal hydrophobic secretion signal that targets them to
      the classical secretory pathway. In recent years, however,
      the existence of unconventionally secreted proteins has been
      uncovered which reach the extracellular space independently
      of the classical ER-Golgi system. In the present study the
      non-specific lipid transfer protein Scp2 (sterol carrier
      protein 2) of U. maydis was analyzed, which was identified as
      a putative candidate for unconventional protein secretion.
      Scp2 lacks a classical N-terminal signal peptide but exhibits
      a peroxisomal targeting signal (PTS1). A quantitative
      real-time PCR approach revealed that scp2 is up-regulated
      during early stages of plant colonization. Microscopic
      analyses demonstrated that the ability of scp2 deletion
      strains to form appressoria on artificial surfaces was
      significantly decreased. Furthermore, deletion of scp2 caused
      a virulence defect that appeared to result from a reduced
      efficiency of plant cuticle penetration. These defects are
      unlikely to result from deficiency in peroxisomal β-
      oxidation. In contrast to scp2 deletion strains, the
      infection of maize plants with a strain overexpressing scp2
      under the cmu1 promoter triggered strong plant defense
      reactions. Two Scp2 paralogs were shown to localize in
      peroxisomes but deletion of the respective genes revealed no
      effect on U. maydis virulence. With the help of colony
      secretion assays it was demonstrated that small amounts of
      Scp2 are unconventionally secreted. The export of Scp2 via
      the classical ER-Golgi route, however, could not complement
      the virulence phenotype of the scp2 mutant strain, suggesting
      that the virulence defect is unconnected to the extracellular
      population of the protein. Surprisingly, peroxisomes and
      lipid droplets in the scp2 deletion strains displayed an
      altered distribution during filamentation on parafilm and on
      the plant surface. Based on these results, it is proposed
      that Scp2 affects appressorium development by influencing the
      distribution of peroxisomes and lipid droplets and thus
      constitutes a novel player in plant surface
      penetration.
description: Der Maisbeulenbranderreger
      Ustilago maydis infiziert seine Wirtspflanze Zea mays
      mithilfe spezialisierter Infektionsstrukturen, sogenannter
      Appressorien. Die Ausbildung von Appressorien wird durch die
      Wahrnehmung chemischer und physikalischer Stimuli auf der
      Blattoberfläche induziert. Im Verlauf der Kolonisierung
      sekretiert U. maydis Effektor-Proteine die zur Etablierung
      der biotrophen Interaktion beitragen. Diese Effektoren
      besitzen ein N-terminales hydrophobes Sekretionssignal,
      welches den Transport über den klassischen Sekretionsweg
      vermittelt. In den vergangenen Jahren wurde jedoch eine
      Vielzahl unkonventionell sekretierter Proteine identifiziert,
      die den Extrazellularraum unabhängig vom ER-Golgi-System
      erreichen. In der vorliegenden Studie wurde das unspezifische
      Lipid-Transfer Protein Scp2 (sterol carrier protein 2) von U.
      maydis analysiert, welches als potentieller Kandidat für
      unkonventionelle Proteinsekretion identifiziert wurde. Scp2
      besitzt kein N-terminales Signalpeptid, verfügt jedoch über
      eine peroxisomale Zielsteuerungssequenz (PTS1). Quantitative
      Echtzeit-PCR zeigte eine Induktion der scp2-Expression in
      frühen Stadien der Pflanzen-Kolonisierung. Mikroskopische
      Untersuchungen ergaben, dass scp2 Deletionsstämme eine stark
      eingeschränkte Fähigkeit zur Appressorienbildung auf
      künstlichen Oberflächen aufweisen. Des Weiteren führte die
      Deletion von scp2 zu einem Virulenzdefekt, der auf eine
      reduzierte Penetration der pflanzlichen Cuticula
      zurückgeführt werden konnte. Die beobachteten Defekte wurden
      dabei vermutlich nicht durch eine gestörte peroxisomale β-
      Oxidation verursacht. Im Gegensatz zu scp2-Deletionsstämmen
      führte die Infektion von Maispflanzen mit Stämmen, die scp2
      unter dem cmu1 Promoter überexprimierten, zu starken
      Pflanzenabwehrreaktionen. Zwei weitere Scp2-ähnliche Proteine
      konnten in Peroxisomen nachgewiesen werden, doch die Deletion
      der beiden Gene hatte keinen Einfluss auf die Virulenz von U.
      maydis. Mithilfe von Koloniesekretions-Analysen konnte
      bestätigt werden, dass Scp2 in geringen Mengen
      unkonventionell sekretiert wird. Der Export von Scp2 über die
      klassische ER-Golgi-Route führte jedoch nicht zu einer
      Komplementation des Virulenz-Phänotyps eines
      scp2-Deletionsstammes, was vermuten lässt, dass der
      Virulenzdefekt nicht in Verbindung mit der extrazellulären
      Population des Proteins steht. Erstaunlicherweise wiesen
      scp2- Deletionsstämme eine veränderte Verteilung von
      Peroxisomen und Lipidtropfen in Filamenten auf Parafilm und
      auf der Pflanzenoberfläche auf. Daher wird vermutet, dass
      Scp2 an der Appressorienbildung beteiligt ist, indem es die
      Verteilung von Peroxisomen und Lipidtropfen beeinflusst. Scp2
      könnte somit einen neuen Faktor für die Penetration der
      Pflanzenoberfläche darstellen.