Untersuchung des Pathosystems Arabidopsis thaliana (L.) - Phytophthora infestans und Charakterisierung von Mutanten mit einem veränderten Nichtwirtsresistenz-Phänotyp
Creators: name: Landtag, Jörn
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2006
Subjects: subject: Elektronische Publikation
subject: Hochschulschrift
subject: Online-Publikation
subject: Zsfassung in engl. Sprache
subject: 571.9954612364

description: Die Nichtwirtsresistenz ist die in der Natur vorherrschende Form der pflanzlichen Pathogenresistenz und ist definiert als die Immunität einer gesamten Pflanzen-Spezies gegen alle Mitglieder einer Pathogen-Spezies. Nach zytologischer Untersuchung der Interaktion des Nichtwirtspathogens Phytophthora infestans, dem Erreger der Kraut- und Knollenfäule in Kartoffel, mit Arabidopsis thaliana kann angenommen werden, dass induzierbare Abwehrreaktionen in der Zellperipherie dazu beitragen, ein Vordringen des Oomyzeten effizient zu verhindern. Als eine bedeutende Komponente der Zellperipherie-assoziierten Penetrationsresistenz in Arabidopsis gegen Gerstemehltau Blumeria graminis f. sp. hordei wurde PEN2 (PENETRATION2) identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass der kombinierte Verlust von PEN2 als ein Element der präinvasiven Resistenz und PAD4 (PHYTOALEXIN DEFICIENT4) bzw. EDS1 (ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1) als Elemente der postinvasiven Resistenz zur Überwindung der Nichtwirtsresistenz gegen Erbsenmehltau Erysiphe pisi führt. Die in der vorliegenden Arbeit gezeigte Analyse der A. thaliana-Mutante pen2-1 deutet darauf hin, dass auch die Nichtwirtsresistenz gegen P. infestans im Vergleich zum Wildtyp beeinträchtigt ist. Um weitere Komponenten der Nichtwirtsresistenz von A. thaliana zu identifizieren, wurde eine remutagenisierte pen2-1-Population nach Infektion mit P. infestans untersucht. Dazu erfolgte die Analyse des Nekrose- und Autofluoreszenz-Phänotyps (hypersensitive Reaktion (HR)-Phänotyp) von ca. 70.000 M2-Pflanzen nach P. infestans-Infektion. Insgesamt wurden 26 putative Mutanten (13 M1-Gruppen) mit einem im Vergleich zu pen2-1 veränderten Nichtwirtsresistenz-Phänotyp isoliert. In den Mutanten 190, 202, 222, 242, 266, 272 und 303 wurden neben einer erhöhten Zelltod-Häufigkeit auch die im Vergleich zu pen2-1 verstärkte Akkumulation von autofluoreszierenden Komponenten und H2O2 nach P. infestans-Infektion beobachtet. Die Einführung der Sekundärmutationen 202 bzw. 222 in den pen2-1-Hintergrund führt außerdem zu einer weiteren Erhöhung der Penetrations-Häufigkeit nach P. infestans-Infektion über das für pen2-1 beobachtete Niveau hinaus. Desweiteren deutete die Analyse der Pathogenresistenz in den Mutanten 242 und 272 auf den Verlust der Resistenz gegenüber dem nekrotrophen Pathogen Alternaria brassicicola hin. In Untersuchungen unterschiedlicher A. thaliana-Signaltransduktionsmutanten wurde zudem die Beteiligung von PAD4 und EDR1 an der Ausprägung der Nichtwirtsresistenz in Arabidopsis gezeigt.
description: Nonhost resistance is the prevalent type of pathogen resistance of plants in nature and describes the immunity observed when all members of a plant species exhibit resistance to all members of a given pathogen species. The cytological analysis of the interaction between the non-adapted (nonhost) pathogen Phytophthora infestans, the causative agent for late blight disease of potato, and Arabidopsis thaliana revealed that inducible defence reactions comprise the basis to avoid pathogen entry at the cell periphery. As an important component in the cell periphery-associated penetration resistance in Arabidopsis against barley powdery mildew, Blumeria graminis f. sp. hordei, PEN2 (PENETRATION2) has been identified. The analysis of different Arabidopsis signal transduction mutants showed that the combined loss of PEN2 as a part of the preinvasive resistance as well as PAD4 (PHYTOALEXIN DEFICIENT4) and EDS1 (ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1), respectively, as parts of the postinvasive resistance is sufficient to overcome nonhost resistance against pea powdery mildew Erysiphe pisi. The analysis of the A. thaliana mutant pen2-1 (present studies) suggests, that nonhost resistance against P. infestans is also affected. In order to identify further components of the nonhost resistance in A. thaliana, a remutagenized pen2-1-population was analyzed after P. infestans-challenge. For that purpose, an investigation of the necrosis and autofluorescence phenotype (hypersensitive reaction (HR)-phenotype) after P. infestans-infection of approx. 70.000 M2-plants was done. Altogether, 26 putative mutants (13 M1-pools) with an altered nonhost resistance phenotype compared to pen2-1 could be isolated. The mutants 190, 202, 222, 242, 266, 272 and 303 exhibit an increased cell death frequency as well as enhanced accumulation of autofluorescence compounds and H2O2 after infection with P. infestans in comparison to pen2-1. Furthermore, the introduction of the secondary mutations 202 and 222, respectively, in the pen2-1-background leads to an additional increase of the penetration frequency after P. infestans-infection compared to pen2-1. The broader analysis of pathogen resistance in the different isolated mutants indicates a loss of resistance against the necrotrophic pathogen Alternaria brassicicola in the mutants 242 and 272, respectively. In addition, the investigation of a set of Arabidopsis signal transduction mutants provides the evidence for involvement of PAD4 and EDR1 (ENHANCED DISEASE RESISTANCE1), respectively, in the nonhost resistance in Arabidopsis.