title: Identification of seedling-specific effectors in the Ustilago maydis – maize interaction : From organ to cell type specificity
title: Identifizierung keimlingsspezifischer Effektoren in der Ustilago maydis - Mais Interaktion : Von Organ- zu Zelltypspezifität
Creators: name: Matei, Alexandra
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Ustilago zeae
Maize
Mais
Ustilago maydis
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie

description: Ustilago maydis is a basidiomycete
      fungus that causes smut disease on maize. As tumor formation
      occurs on all aerial parts of the plant, the fungus has to
      adapt to different types of host tissues which differ in
      structure and physiology. U. maydis therefore deploys an
      organ-specific set of adaptable virulence-related proteins
      (effectors) to circumvent host immunity and induce
      tumor-formation (Skibbe et al., 2010). Individual effector
      genes that are required for virulence in an organ-specific
      manner were identified in this study (Schilling et al.,
      2014). To understand, how organ-specific effectors contribute
      to fungal virulence, the seedlingspecific effector Um01690
      (Sts1) was analyzed for its host interactor by yeast-2-hybrid
      analysis. This identified a maize carboxypeptidase as a
      putative interactor of Sts1 which is described to be involved
      in growth and developmental control. In the second approach,
      tissue- and cell type-specific activity of U. maydis was
      investigated. A cell type-specific gene expression analysis
      as well as a microscopic cell size measurement was performed
      to analyze leaf tumor formation on the cellular level.
      Tracking of cell development, together with in-vivo
      visualization of plant DNA synthesis identified bundle sheath
      cells as the origin of hyperplasic cell division, while
      mesophyll cells turn into hypertrophic tumor cells showing
      endoreduplication. In parallel to that, cell wall component
      analyses in tumors have elucidated U. maydis-induced cell
      wall reformations. Histological stainings have visualized
      interactions of fungal and host factors in a cell
      type-specific and temporal context and shown physiological
      changes of seedling leaf tissue during tumor development.
      Furthermore, the U. maydis effector See1 (Redkar et al.,
      2015a) was identified in this study as the first effector
      that acts in a cell type-specific context upon leaf tumor
      induction. RNAseq analysis of micro-dissected tumor cells
      showed that the fungus deploys cell typespecific effector
      gene expression in leaves upon tumor induction in addition to
      generally transcribed core effector genes. In summary this
      study elucidated cell type-specific processes leading to U.
      maydis-induced tumor formation in maize leaves.
description: Der Basidiomyzet Ustilago maydis
      ist der Erreger des Maisbeulenbrands in Zea mays (Mais). Nach
      Etablierung der biotrophen Interaktion induziert Ustilago
      maydis Tumore in allen oberirdischen pflanzlichen Organen.
      Zur Unterdrückung des pflanzlichen Immunsystems sowie zur
      Etablierung der biotrophen Interaktion und Tumorinduktion
      sekretiert der Pilz mehr als 500 sogenannter
      Effektorproteine. Neben allgemeiner Effektoren sekretiert der
      Pilz auch organspezifische Effektoren, die eine Anpassung an
      die physiologisch unterschiedlichen Gewebe der pflanzlichen
      Organe gewährleisten (Skibbe et al., 2010; Schilling et al.,
      2014) Um die organspezifische Etablierung der U. maydis –
      Mais Interaktion aufzuklären, wurde in dieser Studie eine
      Gruppe an Effektorproteinen untersucht und charakterisiert,
      die spezifisch an der Virulenz im Blatt oder der männlichen
      Blüte beteiligt sind (Schilling et al., 2014). Der hierbei
      identifizierte blattspezifische Effektor Um01690 (Small
      tumors in seedling 1, Sts1) wurde mit Hilfe des
      Hefe-Zwei-Hybrid-Systems auf seine Interaktion mit
      potentiellen Maisproteinen untersucht. Es wurde eine Mais
      Carboxypeptidase als potentieler Interaktor identifiziert,
      welche möglicherweise eine Rolle in der Regulation der
      pflanzlichen meristematischen Gewebe und des Wachstums
      spielt. In einem zweiten Teil dieser Arbeit wurde die gewebe-
      und zelltypspezifische Interaktion von U. maydis und dem Mais
      Blattgewebe untersucht. Histologische Untersuchungen der
      Zellanatomie während der Tumorinduktion haben hierbei zum
      Verständnis der Entwicklung von Blatttumoren beigetragen und
      den Einfluss von U. maydis auf Mesophyll und
      Bündelscheidezellen identifiziert. Die Interaktion von Pilz
      und Pflanze wurde hierbei auf die physiologischen bis hin zu
      subzellulären Veränderungen während des Tumorwachstums
      untersucht. DNA Syntheseuntersuchungen in Wirtszellen haben
      hierbei zur genauen Charakterisierung des Ursprungs und der
      Entwicklung von hyperplastischen (aus den Bündelscheidezellen
      resultierenden) und hypertrophen (aus dem Mesophyll
      resultierenden) Tumorzellen beigetragen. Zusätzlich wurde der
      vorher beschriebene Effektor See1 (Redkar et al., 2014) als
      erster zelltypspezifischer Effektor in der
      Blatttumorinduktion in der U. maydis – Mais Interaktion
      identifiziert. Mit Hilfe einer zelltypspezifischen
      Genexpressionsanalyse (laser capture microdissection) wurden
      individuell exprimierte pilzliche Effektorproteine in beiden
      Tumorzelltypen identifiziert.