title: Functional Characterization of Pep1, a secreted effector protein of Ustilago maydis
title: Funktionelle Charakterisierung von Pep1, einem sekretierten Effektorprotein von Ustilago maydis
Creators: name: Herrberger, Christian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Ustilago maydis
Biowissenschaften, Biologie
Biotroph
Peroxidase
Cysteinprotease
Pep1
Effector
Effektor
Cystein protease

description: Ustilago maydis, the causative
      agent of corn smut disease, depends on a variety of secreted
      effector proteins, to establish a biotrophic interaction with
      its host plant maize. The deletion of the gene um01987, which
      encodes the effector protein Pep1, leads to a complete loss
      of pathogenicity. Moreover the plant reacts to penetration
      attempts of the Δpep1-mutant strain with the induction of
      different defense reactions. This results in e.g. the
      formation of necrotic lesion as well as in the production of
      reactive oxygen species at the penetration sites. Pep1 is
      conserved among different species of smut fungi and contains
      a N-terminal signal peptide, a conserved core region as well
      as a low conserved glycine- and serine-rich C-terminus. In
      the present study, the effector protein Pep1 was
      heterologously expressed and purified. Via biochemical and
      molecular biological methods, two plant interaction partners
      of Pep1 were identified. By Activity based protein profiling
      it could be demonstrated, that Pep1 specifically inhibits the
      activity of papaine like cysteine proteases. Particularly,
      the activity of papaine like cysteine proteases, induced by
      the salicylic acid signaling pathway, was inhibited by Pep1
      very efficiently. Obviously, these proteases are critical for
      the induction of maize plant defense. Additionally, Pep1
      binds and inhibits plant class-III-heme-peroxidases. In
      cooperation with Christoph Hemetsberger, the in vitro
      inhibition of the horseradish peroxidase (HRP) could be
      shown. Moreover the physical interaction of Pep1 with the HRP
      was demonstrated. During the Δpep1-infection, a single
      peroxidase, the maize peroxidase-12, is transcriptionally
      upregulated. Virus induced gene silencing of the
      peroxidase-12 lead to a partial complementation of the
      Δpep1-mutant phenotype on POX12si plants. Thus, silencing of
      peroxidase-12 leads to the suppression of plant defense
      reactions, such as the formation of papillae, which enables
      the Δpep1-mutant strain to successfully penetrate the plant
      tissue. Taken together these results show, that Pep1 inhibits
      enzymes of the basal plant defense and therefore suppressing
      the innate immunity of maize against U. maydis.
description: Ustilago maydis, der Erreger des
      Maisbeulenbrandes, benötigt zur Etablierung einer biotrophen
      Interaktion mit seiner Wirtspflanze Mais eine Vielzahl
      sekretierter Effektoren. Die Deletion des für den Effektor
      Pep1 kodierenden Gens um01987 führt zum vollständigen
      Pathogenitätsverlust. Die Pflanze reagiert auf
      Penetrationsversuche der Δpep1-Mutante mit der Induktion
      verschiedener Abwehrreaktionen, was sich z.B. durch die
      Bildung nekrotischer Läsionen sowie reaktiver
      Sauerstoffspezies an den Penetrationsstellen zeigt. Pep1 ist
      zwischen verschiedenen Brandpilzarten konserviert und besteht
      aus einem N-terminalen Signalpeptid, einem konservierten
      Kernbereich sowie einem weniger konservierten Glycin- und
      Serin-reichen C-Terminus. In der vorliegenden Arbeit wurde
      das heterolog in E. coli exprimierte Pep1 aufgereinigt. Durch
      biochemische und molekularbiologische Methoden konnten zwei
      pflanzliche Bindungspartner von Pep1 identifiziert. So konnte
      mittels Aktivitäts-basiertem Protein-Profiling gezeigt
      werden, dass Pep1 spezifisch apoplastische Papain-ähnliche
      Cysteinproteasen inhibiert. Diese Proteasen spielen offenbar
      eine wichtige Rolle in der Abwehrinduktion in der
      Maispflanze. Des Weiteren bindet und inaktiviert Pep1
      pflanzliche Klasse-III-Häm-Peroxidasen. In Kooperation mit
      Christoph Hemetsberger konnte die Hemmung der
      Horseradish-Peroxidase (HRP) durch Pep1 in vitro gezeigt.
      Außerdem konnte die physische Interaktion von Pep1 mit der
      HRP bewiesen werden. Während der Δpep1-Infektion wird eine
      Mais Peroxidase, die sekretierte Peroxidase-12,
      transkriptionell induziert. Durch
      Virus-induziertes-Gen-silencing der Peroxidase-12 konnte eine
      partielle Restauration des Δpep1-Phänotyps auf
      POX12si-Pflanzen bewirkt werden. So führte das silencing der
      Peroxidase-12 zu einer Unterdrückung pflanzlicher
      Abwehrreaktionen, wie z.B. der Papillenbildung, was eine
      erfolgreiche Penetration der Δpep1-Mutante ermöglichte.
      Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass Pep1 Enzyme der
      basalen Pflanzenabwehr inhibiert und somit die angeborene
      Resistenz der Wirtspflanze gegen U. maydis
      unterdrückt.