title: Functional Characterization of an Organ Specific Effector See1 of Ustilago Maydis
title: Funktionelle Charakterisierung des Organ Spezifischen Effektoren See1 von Ustilago maydis
Creators: name: Redkar, Amey
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Charakterisierung
Ustilago zeae
Effektor
effector
characterization
Biowissenschaften, Biologie

description: Ustilago maydis is the causative
      agent of the corn smut. This basidiomycetous fungus is a
      biotophic plant pathogen that succeeds by colonizing living
      tissue and establishes a biotrophic interaction which results
      in the formation of enormous tumors. This tumor formation is
      a result of efficient host immune suppression and nutrient
      efflux during disease progression. The fungus secretes
      several hundreds of effector proteins which are expressed at
      various stages of colonization to modulate the host. Previous
      studies have revealed that the effector proteins of U. maydis
      are acting in an organ specific manner and deletion of one
      organ specific effector does not hamper the symptom formation
      in non-target organ (Skibbe et al., 2010; Schilling et al.,
      2014). The previous study of Schilling et al., 2014
      identified leaf specific effectors, which are induced in
      juvenile leaves. An interesting candidate among these that
      showed a perfect organ specificity was see1 (Seedling
      efficient effector 1, um02239), which is required in the
      colonized leaves. Deletion mutants for see1 are able to
      penetrate and colonize the seedling but fail to induce
      expansion of tumors. The deletion mutant is seen to be
      actively blocked in mesophyll and vascular cell layers of the
      leaf, which may indicate that the effector function may be
      confined to a specific cell or tissue type. In contrast, see1
      deletion does not affect tumor formation in the floral parts
      of the host. Aim of this thesis was the functional
      characterization of See1. Monitoring of the DNA synthesis in
      host, showed that See1 is specifically required to induce DNA
      synthesis in colonized host cells and re-direct them to form
      tumors. Yeast-two-hybrid analysis showed that See1 interacts
      with a nucleo-cytoplasmic host protein SGT1, which is a cell
      cycle and immune response modulator and which also shows a
      leaf specific transcriptional regulation. Constitutive
      overexpression of see1 caused tassel base abnormality
      specifically showing tumors in the vegetative base of the
      tassel pointing towards an active role of see1 in inducing
      tumor in vegetative maize tissues. Electron microscopy showed
      that See1 is translocated to the plant cell and is localized
      in the cytoplasm and nucleus of the host cell. Furthermore,
      it was demonstrated that See1 blocks the phosphorylation of
      maize SGT1 at a monocot specific site which is necessary to
      activate the signaling cascade upon pathogen perception.
      Experiments indicate that see1 specifically activates the
      host cell cycle release thereby activating the colonized
      cells to undergo a tumor pathway. Hence organ specific
      effectors like see1, not only manipulate the defense
      responses, but also the metabolic state of the host cell
      leading to tumor development.
description: Ustilago maydis ist der
      Verursacher des Maisbeulenbrands. Dieser zu den
      Basidiomyceten gehörende Pilz ist ein biotropher
      Pflanzenpathogen. Die Etablierung einer biotrophen
      Interaktion führt zur Ausbildung großer Tumore. Diese
      Tumorbildung ist folge der effektiven Unterdrückung das
      pflanzlichen Immunsystems und des Nährstofffluss während des
      Krankheitsverlaufs. Der Pilz sekretiert mehrere hundert
      Effektor-proteine, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten
      der Besiedelung exprimiert werden und manipuliert auf diese
      Weise seinen Wirt. Vorhergehende Studien zeigten, dass die
      Effektor-proteine von U. maydis organspezifisch wirken und
      nach Deletion eines organspezifischen Effektors die
      Ausbildung der Krankheitssymptome in anderen Organen nicht
      beeinträchtigt wird (Skibbe et al., 2010 und Schilling et
      al., 2014). In der vorhergehenden Studie von Schilling et al.
      2014 konnten blattspezifische Effektoren identifiziert
      werden, welche in den jungen Blättern induziert sind. Ein
      interessanter Kandidat mit ausgeprägter Organspezifität ist
      see1 (Seedling efficient effector 1; um02239), welcher in
      infizierten Blättern aktiv ist. Deletionsmutanten von see1
      sind in der Lage den Keimling zu penetrieren und zu
      besiedeln, können jedoch keine größeren Tumore ausbilden. In
      der see1 Deletionsmutante ist die Besiedelung des Mesophylls
      und des vaskulären Gewebes der Blätter aktiv blockiert. Im
      Gegensatz dazu wird das infizierte Blütengewebe zu
      Tumorgewebe transformiert. Dies bestätigt die
      organspezifische Funktion von See1 im Zell- oder Blattgewebe
      von Mais. Ziel dieser Arbeit ist die funktionelle
      Charakterisierung dieses organspezifischen Effektors See1.
      Unter dem Einfluss von See1 ist die DNA Synthese in
      kolonisierten Wirtszellen induziert. Das
      Hefe-Zwei-Hybrid-System zeigte, dass See1 mit dem
      Kern/Zellplasma lokalisierten Wirtsprotein SGT1 interagiert,
      welches den Zellzyklus und die Immunantwort der Wirtspflanze
      steuert. SGT1 zeigt eine blattspezifische
      Transkriptionsregulation. Die konstitutive Überexpression des
      Effektors zeigt eine Anomalie an der Rispenbasis. Die
      Tumorbildung an der vegetativen Rispenbasis ist ein
      deutliches Indiz für die spezifische Aktivität des Effektors
      im vegetativen Gewebe. Wie elektronenmikroskopische Aufnahmen
      zeigen, transloziert See1 in die Pflanzenzelle wo der
      Effektor im Zytoplasma und im Zellkern der Wirtszelle
      lokalisiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass See1 die
      Phosphorylierung von SGT1 in Mais an einer für Monokotylen
      spezifischen Position hemmt, welche für die Aktivierung der
      Signalkaskade zur Pathogenerkennung verantwortlich ist.
      Experimente weisen darauf hin, dass see1 den Zellzyklus des
      Wirts einleitet, wodurch die besiedelte Wirtszelle mit der
      Tumorentwicklung beginnt. Organspezifische Effektoren wie
      see1 manipulieren nicht nur die Abwehrmechanismen des Wirts
      sondern auch seine Stoffwechselaktivität, was zur
      Tumorbildung führt.