title: Identification and characterization of organ-specific Ustilago maydis effectors
title: Identifizierung und Charakterisierung organspezifischer Ustilago maydis Effektoren
Creators: name: Schilling, Lena
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Effektoren
Ustilago zeae
Phytopathogen
Ustilago maydis
Effectors
Biowissenschaften, Biologie

description: Ustilago maydis, the causative
      agent of corn smut disease, penetrates its host plant Zea
      mays over the epidermis and induces tumor formation in all
      areal parts of the plant after successful colonization. For
      efficient suppression of the plant immune system U. maydis
      depends on the secretion of several effector proteins. The
      infected plant organs differ in structure and physiology,
      suggesting organ-specific infection structures of U. maydis.
      This assumption was strengthened by transcriptional analysis
      of infected maize plants that showed organ specific
      transcriptional differences during tumor formation at
      pathogen and host. This thesis focused on the identification
      and functional characterization of organ-specific U. maydis
      effectors. 17 leave-specific and four tassel-specific induced
      candidates with a predicted signal peptide were selected.
      Deletion analyses revealed that seven of these U. maydis
      genes have an important influence in seedling infections, two
      of them in tassel infections and two are important for
      virulence in both tested organs. One of the identified
      organ-specific candidates is the U. maydis effector Um01829.
      The gene um01829 was strongly expressed during leave
      infections, but very weak during colonization of tassels. The
      U. maydis deletion mutant SG200Δum01829 showed a reduced
      virulence at seedling infections, whereas tassel infections
      were comparable with the wildtype SG200. Microscopic analyses
      confirmed the predicted secretion of the protein and revealed
      that it localizes at cell/cell-passages and in the apoplastic
      space. Additionally it was observed, that the deletion mutant
      has a significant defect at the cell/cell-passaging at
      infected maize leaves four and eight days post infection. In
      vitro assays with several 4-nitrophenyl labeled substrates
      showed that the protein encoded by um01829 is an
      α-L-arabinofuranosidase. Seedling infections with enzymatic
      inactive Um01829 showed a partial virulence-influence of the
      α-L-arabinofuranosidase function, and suggest additionally
      further virulence-relevant functions of this
      effector.
description: Ustilago maydis, der Erreger des
      Maisbeulenbrands, penetriert seine Wirtspflanze Zea mays über
      die Epidermis und induziert nach erfolgreicher Kolonisierung
      des Wirts eine Tumorbildung in allen oberirdischen Organen
      der Pflanze. Um das pflanzliche Immunsystem während dieser
      biotrophen Interaktion effizient zu unterdrücken ist U.
      maydis auf die Sekretion vieler Effektorproteine angewiesen.
      Die infizierten pflanzlichen Organe weisen physiologische
      sowie strukturelle Unterschiede auf, was auf organspezifische
      Infektionsstrategien seitens U. maydis schließen lässt. Diese
      Annahme wurde bereits durch eine Transkriptionsanalyse
      infizierter Maispflanzen gestärkt, die gezeigt hat, dass die
      Tumorbildung in unterschiedlichen Organen, spezifische
      transkriptionelle Änderungen bei Pathogen und Wirt mit sich
      bringt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf der
      Identifizierung und funktionellen Charakterisierung
      organspezifischer U. maydis Effektoren. 17 blattspezifische
      und vier spezifisch in der männlichen Blüte exprimierte
      Kandidatengene, die für potenziell sekretierte Proteine
      codieren, wurden selektiert. Deletionsanalysen offenbarten,
      dass sieben dieser U. maydis Gene einen wichtigen Einfluss
      auf Blattinfektionen haben. Mutanten für zwei Gene zeigten
      einen Virulenzdefekt bei Infektionen der männlichen Blüte und
      zwei weitere Gene waren an der Infektion beider getesteten
      Organe beteiligt. Einer der identifizierten organspezifischen
      Kandidaten ist der U. maydis Effektor Um01829. Das Gen
      um01829 wurde sehr stark bei Blattinfektionen, jedoch nur
      sehr gering im Falle von Infektionen der männlichen Blüte
      exprimiert. Die U. maydis Deletionsmutante SG200Δum01829 wies
      eine reduzierte Virulenz bei Blattinfektionen auf, wo
      hingegen Infektionen der männlichen Blüte mit dem Wildtyp
      SG200 vergleichbar waren. Mikroskopische Aufnahmen belegten
      die prognostizierte Sekretion des Effektors, zudem wurde eine
      Lokalisation von Um01829 an Zell/Zell-Übergängen und in dem
      apoplastischen Zwischenraum beobachtet. Darüber hinaus zeigte
      die Deletionsmutante einen Defekt in der
      Zell/Zell-Penetration bei Maisblättern vier und acht Tage
      nach der Infektion. In vitro Analysen mit unterschiedlichen
      4-Nitrophenyl markierten Substraten belegten, dass es sich
      bei dem von um01829 codierten Protein um eine
      α-L-Arabinofuranosidase handelt. Durch Blattinfektionen mit
      enzymatisch inaktivem Um01829 konnte der Funktion als
      α-L-Arabinofuranosidase jedoch ein lediglich partieller
      Einfluss auf die Virulenz von U. maydis zugesprochen werden,
      was zudem auf weitere bisher noch nicht bekannte
      virulenzrelevante Funktionen des Effektors schließen
      lässt.