title: The role of Stp1, a secreted effector, in the biotrophic interaction of Ustilago maydis and its host plant maize
title: Die Rolle des sekretierten Effektors Stp1 in der biotrophen Interaktion von Ustilago maydis und seiner Wirtspflanze Mais
Creators: name: Liang, Liang
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Ustilago maydis secreted effector
Ustilago zeae
Biowissenschaften, Biologie

description: Secreted effectors play crucial
      roles during the establishment of the biotrophic interaction
      between Ustilago maydis and maize. In a previous study
      (Schipper, 2009) it had been demonstrated that a deletion of
      the stp1 effector gene resulted in a complete loss of
      virulence symptoms in maize infection and that such mutants
      elicited a hypersensitive response. This distinguishes stp1
      from most other secreted effectors that are either
      dispensable for pathogenicity or have only a minor effect on
      virulence. This study focuses on the functional analysis of
      Stp1. A mutational analysis showed that the conserved N- and
      C-terminal domains of Stp1 can be separately expressed but
      are both required for Stp1 protein function. The long central
      variable domain was demonstrated to be dispensable yet may
      promote fungal growth in vascular bundles. stp1 homologs from
      closely related smut fungi of U. maydis could replace stp1 in
      U. maydis, indicating a conserved function. Stp1Δ136-432
      lacking the central domain could be purified to homogeneity
      and was stable, while the isolated C-terminal domain,
      Stp1433-515, was unstable after purification. This could
      suggest that N- and Cterminal domains of Stp1 stabilize each
      other. Stp1-HA expressed by U. maydis was detected in the
      nucleus of plant cells by immunolocalization suggesting that
      Stp1 may suppress plant defense responses by affecting the
      transcription of respective genes. Both cytoplasmic and
      apoplastic maize proteins were identified as interaction
      partners of Stp1 by yeast two-hybrid assays using
      Stp1Δ136-432 as bait, suggesting that Stp1 may be an effector
      with both apoplastic and cytoplasmic functions The C-terminus
      of Stp1 as well as Stp1Δ136-432 could inhibit the activity of
      a maize extracellular cysteine protease, Sip3, which was
      identified as one of the apoplastic interaction partners. The
      interactions between Stp1 and the cytoplasmic interactors
      Sip9, a cell number regulator 8, Sip16, a CCR4-NOT
      transcription complex subunit, Sip19, a
      serine/threonine-protein kinase and Sip21, a VIP2 protein
      were verified with full-length cDNA but await to be confirmed
      by other techniques. RNA-Seq analysis demonstrated that
      several early defense response genes are not induced by stp1
      mutants expressing the N-terminus of Stp1 while stp1 mutants
      expressing the Cterminus of Stp1 triggered even stronger
      plant defense responses than stp1 mutants during
      colonization. This suggests that N- and C-terminal domains of
      Stp1 have distinct functions.
description: Bei der Etablierung der biotrophen
      Interaktion zwischen Ustilago maydis und Mais spielen
      sekretierte Effektoren eine entscheidende Rolle. In einer
      vorausgegangenen Studie(Schipper, 2009) konnte gezeigt
      werden, dass die Deletion des stp1 Effektor-Gens zu einem
      vollständigen Verlust der Virulenz führt und dass
      entsprechende Mutanten eine hypersensitive Reaktion auslösen.
      Diesbezüglich unterscheidet sich stp1 von den meisten anderen
      untersuchten Effektoren, die entweder keinen oder nur einen
      geringen Beitrag zur Virulenz des Pilzes leisten. Diese
      vorliegende Arbeit befasst sich mit der funktionellen Analyse
      von Stp1. Mutationsanalysen zeigten, dass die konservierten
      N- und C-terminalen Domänen von Stp1 zwar als separate
      Polypeptide exprimiert werden können, aber die Gegenwart
      beider Domänen nötig ist, um die Stp1 Funktion zu
      komplementieren. Es wurde nachgewiesen, dass die zentrale
      variable Domäne von Stp1 keine essentielle Funktion
      übernimmt, allerdings könnte diese Domäne für die
      Proliferation des Pilzes entlang der Leitbündel eine Rolle
      spielen. stp1 Homologe aus mit U. maydis nahe verwandten
      Brandpilzen waren in der Lage, die Funktion von stp1 in U.
      maydis zu komplementieren, was für eine konservierte Funktion
      spricht. Eine Stp1 Version, bei der die zentrale Domäne
      deletiert wurde (Stp1Δ136-432), konnte bis zur Homogenität
      aufgereinigt werden und erwiess sich als stabil, während die
      isolierte C-terminale Domäne, Stp1433-515, nach der
      Aufreinigung instabil war. Diese Beobachtung könnte darauf
      hinweisen, dass sich die N- und C-terminalen Domänen von Stp1
      gegenseitig stabilisieren. Durch Immunlokalisierung konnte
      ein Stp1-HA Fusionsprotein im Zellkern von Pflanzenzellen
      detektiert werden, die mit dem Stamm SG200stp1-HA infiziert
      waren. Demzufolge könnte Stp1 auf die Transkription von Genen
      Einfluss nehmen und dadurch die pflanzliche Abwehrreaktion
      unterdrücken. In einem Hefe-zwei-Hybrid-System, bei dem Stp1
      als Köder benutzt wurde, konnten sowohl apoplastische als
      auch cytoplasmatische Mais Proteine als Stp1-Interaktoren
      identifiziert werden. Dies könnte bedeuten, dass Stp1 ein
      Effektorprotein mit dualer Funktion zum einen im Apoplasten
      und zum anderen im pflanzlichen Zytoplasma ist. Sowohl die
      gereinigte C-terminale als auch die N-terminale Domäne von
      Stp1war in der Lage, die Aktivität der extrazellulären Mais
      Cystein-Protease Sip3 zu inhibieren, die zuvorals ein
      apoplastischer Interaktionspartner von Stp1 identifiziert
      werden konnte. Die Interaktion zwischen Stp1 und den
      cytoplasmatischen Interaktoren Sip9 (cell number regulator
      8), Sip16(CCR4-NOT Transkriptionskomplex Untereinheit),
      Sip19(Serine/Threonin- Kinase) und demVIP2 Protein Sip21
      konnten nach Expression der jeweiligen Gene in voller Länge
      verifiziert werden, müssen aber zukünftig noch durch weitere
      Methoden bestätigt werden. RNA-Seq Analysen des Transkriptoms
      infizierter Mais Blätter zeigten, dass einige der frühen
      pflanzlichen Abwehrgene, die nach Infektion mit einem
      stp1-Deletions Stamm induziert werden, Hingegen führte die
      Infektion mit einem stp1-Deletions Stamm komplementiert durch
      den Stp1 C-Terminus sogar zu einer stärkeren Abwehrreaktion
      als sie nach Infektion mit dem stp1- Deletionsstamm
      beobachtet wurde. Dies weist darauf hin, dass die N- und
      C-terminale Domänen von Stp1 unterschiedliche Funktionen
      erfüllen könnten.