title: Identification and charaterization of the maize-specific signaling peptide Zip1 and its activation by cysteineproteases
title: Identifizierung und Charakterisierung des Mais-spezifischen Signalpeptids Zip1 und dessen Aktivierung durch Cysteinproteasen
Creators: name: Ziemann, Sebastian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Pflanzen Immunität
Signalpeptid, Papain-ähnliche Cysteinproteasen
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie

description: Während ihrer Entwicklung haben
      Pflanzen mit einer hohen Vielfalt von Pathogenen zu kämpfen.
      Pflanzen wirken einem Pathogenbefall entgegen, indem sie
      abhängig vom Lebensstils des Pathogens eine entgegengesetzte
      Immunreaktion, Zelltod oder Zellüberleben, induzieren. In
      diesem Zusammenhang spielen Papain-ähnliche Cysteinproteasen
      (PLCPs) eine entscheidene Rolle bei der Regulation der
      pflanzlichen Immunantwort und der Einleitung des Zelltods. In
      Mais (Zea mays) konnten fünf apoplastische PLCPs (CP1A, CP1B,
      CP2, XCP2 und CatB) identifiziert werden, die für diesen
      Prozess und die Inszenierung der Salicylsäure (SA)-abhängigen
      Immunantwort entscheidend sind. Interessanterweise ist das
      Zusammenspiel von PLPCs und SA-Immunreaktionen nicht linear,
      sondern zeigt eine reziproke Amplifikation. Im Gegensatz zu
      phänotypischen Beobachtungen sind die zugrundeliegenden,
      biochemischen Mechanismen weitgehend unerforscht. In dieser
      Arbeit konnte mittels massenspektrometrischer Analysen und
      Bioassays ein Peptid in SA-behandelten Maisblättern
      identifiziert werden, dass als Zip1 (Zea mays immune
      signaling peptide 1) bezeichnet wurde. Zip1 induziert die
      Expression SA-assoziierter PR (pathogenesis-related)-Gene und
      aktiviert, ähnlich wie SA, apoplastische PLCPs. In
      vitro-Studien konnten zeigen, dass zwei der zuvor
      identifizierten PLCPs, CP1 und CP2, immunogene Peptidsignale
      aus dem Zip1-Vorläuferprotein (PROZIP1) proteolytisch
      freisetzen. Weiterhin bestätigen RNAseq-basierte
      Transkriptomanalysen, dass Zip1- und SA-behandelte
      Maisblätter einen Großteil ähnlicher Immunantworten auf
      Transkriptebene teilen, weshalb bei Zip1 von einem
      SA-analogen Signalpeptid gesprochen werden kann.
      Bemerkenswerterweise und mit den RNAseq-Daten einhergehend
      konnte außerdem gezeigt werden, dass Zip1 die de novo
      Synthese von SA induziert. Darauf aufbauend erhöht Zip1 die
      Suszeptibilität von Mais gegenüber dem nekrotrophen Pathogen
      Botrytis cinerea. Mit der Identifizierung von Zip1, einem
      endogenen Maispeptid, welches von SA-ativierten PLCPs
      freigesetzt wird, ist das erste pflanzliche Peptidsignal
      charakteriseriert worden, das an der SA-abhänigen
      Immunantwort und dessen sequentiellen Amplifikation beteiligt
      ist.
description: During their development plants
      face a wide range of pathogens. Control of plant pathogen
      resistance or susceptibility depends on the lifestyle of the
      invader and the promotion of either cell survival or cell
      death. Papain-like cysteine proteases (PLCPs) play important
      roles in regulating plant defense responses and in protecting
      plants against biotrophic pathogens. In maize (Zea mays) a
      set of five PLCPs, namely CP1A, CP1B, CP2, XCP2 and CatB, is
      critical in the orchestration of salicylic acid
      (SA)-dependent signaling. Intriguingly, the interaction of
      PLCPs and SA signaling pathways are non-linear and display
      patterns of reciprocal amplification. Underlying biochemical
      mechanisms by which PLCPs promote SA-associated defense
      responses remain unknown. In this work a peptide in
      apoplastic fluid of SA treated leaves termed Zip1 (Zea mays
      immune signaling peptide 1) was identified by using mass
      spectrometry and maize leaf bioassays. Zip1 induces maize
      PR-gene expression and activates apoplastic PLCPs similar to
      SA. In vitro studies using recombinant proteins demonstrate
      that CP1 and CP2 release immunogenic peptide signals from the
      propeptide precursor PROZIP1. Furthermore, RNAseq-based
      transcriptome analyses in maize leaves revealed that Zip1
      treatment almost completely resembles SA defense responses.
      In line with that, Zip1 treatment results in de novo
      synthesis of SA. In the context of a necrotrophic fungal
      pathogen (Botrytis cinerea), Zip1 promotes disease
      susceptibility towards maize. Zip1, an endogenous plant
      peptide released by PLCPs, is the first immunogenic peptide,
      which acts sequentially as an amplifier of SA-dependent
      defense signaling in maize.