title: Das Effektorprotein Pep1 und seine Rolle in der Biotrophie von Brandpilzen
title: The fungal effector Pep1 and its role in biotrophy of smut fungi
Creators: name: Hemetsberger, Christoph Florian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: smut fungi
plant immune response
Abwehrreaktion
Phytopathologie , Ustilago
Biowissenschaften, Biologie
Flugbrand
Ustilago avenae
phytopathology
Peroxidase
oxidative burst suppression
Ustilago zeae , Ustilago nuda

description: For establishment of the
      biotrophic interaction with its host plant maize, the corn
      smut fungus Ustilago maydis depends on a variety of secreted
      effector proteins. A deletion of um01987, the gene encoding
      for the secreted effector Pep1 (protein essential during
      penetration 1), leads to a complete loss of pathogenicity.
      Penetration attempts of the deletion mutant elicit strong
      plant defense responses such as the accumulation of reactive
      oxygen species (ROS), papilla formation and necrotic lesions.
      Pep1 localizes in the biotrophic interface and is conserved
      within different smut fungi. This study focuses on the
      functional characterization of Pep1 with biochemical and
      molecular biological methods. It was demonstrated that
      heterologously expressed Pep1 protein from Escherichia coli
      inhibits the oxidative burst in maize. Treatment of maize
      plants with the ROS scavenger ascorbate led to reduced
      defense responses in reaction to Δpep1 infections. In
      addition, Pep1 was shown to inhibit activity of a class III
      peroxidase from horseradish in vitro. Class III peroxidases
      play a pivotal role in ROS production during the oxidative
      burst. In maize plants, inoculated with the pep1 deletion
      mutant, the secreted peroxidase 12 (POX12) is
      transcriptionally induced. Bimolecular fluorescence
      complementation and yeast-2-hybrid experiments revealed a
      direct interaction of Pep1 with POX12. Virus induced gene
      silencing of pox12 in maize partially restored the Δpep1
      phenotype. Silencing of pox12 led to reduced plant defense
      responses, such as papilla formation at penetration sites. As
      a consequence, hyphae of the pep1 mutant penetrated epidermal
      cells of pox12 silencing plants. Furthermore, orthologs of
      pep1 in additional smut species were identified. In vitro
      studies showed peroxidase inhibition by Pep1 orthologs from
      Ustilago avenae, Ustilago nuda and Melanopsichium
      pennsylvanicum. Additionally, inhibition of apoplastic
      peroxidases from different host plants by Pep1 was
      demonstrated. Maize infection studies with U. maydis
      confirmed the biological function of the identified pep1
      orthologs. In summary, these results suggest a role of Pep1
      as inhibitor of peroxidases, a core component of the basal
      plant defense response.
description: Der Brandpilz Ustilago maydis
      benötigt während der Interaktion mit seiner Wirtspflanze Mais
      eine Vielzahl sekretierter Effektoren zur Etablierung der
      Biotropie. Eine Deletion des Gens um01987, das für den
      sekretierten Effektor Pep1 (protein essential during
      penetration 1) codiert, führt zum vollständigen Verlust der
      Pathogenität. Auf Penetrationsversuche der
      pep1-Deletionsmutante reagiert die Maispflanze mit der
      Induktion verschiedener Abwehrmechanismen wie der Bildung von
      Papillen, der Anreicherung reaktiver Sauerstoffspezies und
      nekrotischen Läsionen. Pep1 lokalisiert in der biotrophen
      Interaktionszone und ist in verschiedenen Brandpilzarten
      konserviert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion
      von Pep1 durch biochemische und molekularbiologische Methoden
      charakterisiert. So konnte gezeigt werden, dass heterolog in
      Escherichia coli exprimiertes Pep1 den oxidative burst in
      Mais inhibieren kann. Eine Behandlung von Maispflanzen mit
      dem Radikalfänger Ascorbat hatte verminderte Abwehrreaktionen
      gegenüber Infektionen mit der pep1-Deletionsmutante zur
      Folge. Weiterhin wurde gezeigt, dass Pep1 die Aktivität einer
      Klasse-III-Peroxidase aus Meerrettich in vitro hemmt.
      Klasse-III-Peroxidasen spielen eine zentrale Rolle in der
      Produktion reaktiver Sauerstoffspezies beim oxidative burst.
      Bei Infektionen von Mais mit der pep1-Deletionsmutante ist
      die sekretierte Peroxidase-12 (POX12) transkriptionell
      induziert. Durch Bimolekulare Fluoreszenzkompementatiion und
      Hefe-2-Hybrid-Experimente konnte eine direkte Interaktion von
      Pep1 mit POX12 nachgewiesen werden. Durch virusinduziertes
      Gen-Silencing von pox12 in Mais konnte eine partielle Rettung
      des Δpep1-Phänotyps erreicht werden. Das Silencing von pox12
      bewirkte verminderte Abwehrreaktionen der Wirtspflanze wie z.
      B. Papillenbildungen an Penetrationsstellen, so dass die
      Hyphen der pep1-Deletionsmutante in der Folge die
      Epidermiszellen penetrieren konnten. Darüber hinaus konnten
      Orthologe von pep1 in weiteren Brandpilzspezies identifiziert
      werden. Es wurde in vitro gezeigt, dass die Pep1-Orthologe
      aus Ustilago avenae, Ustilago nuda und Melanopsichium
      pennsylvanicum ebenfalls als Peroxidaseinhibitoren agieren.
      Weiterhin wurde die Inhibition apoplastischer Peroxidasen aus
      verschiedenen Wirtspflanzen durch Pep1 nachgewiesen.
      Schließlich wurde die Funktion der identifizierten
      Pep1-Orthologe in Infektionen von Mais mit U. maydis
      bestätigt. Diese Ergebnisse sprechen für eine Rolle von Pep1
      als Inhibitor von Peroxidasen, einer zentralen Komponente der
      basalen pflanzlichen Abwehrreaktion.