title: Functional characterisation of the Ustilago maydis effector Pit2
title: Funktionelle Charakterisierung des Ustilago maydis Effektorproteins Pit2
Creators: name: Müller, André Nicolai
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Cyteinprotease
cysteinprotease
Effektorprotein
effectorprotein
Ustilago zeae
Biowissenschaften, Biologie

description: Ustilago maydis, der Erreger des
      Maisbeulenbrandes, ist ein biotrophes Pflanzen-pathogen, das
      auf lebendes Pflanzengewebe angewiesen ist, um seinen
      Lebenszyklus zu beenden. Dies erfordert eine effiziente
      Unterdrückung des pflanzlichen Immunsystems, was durch die
      Sekretion sogenannter Effektorproteine erzielt wird. Ein
      Beispiel für einen solchen Effektor ist Pit2 (Protein
      important for tumors 2, Um01375). pit2-Deletionsmutanten
      können zwar Maispflanzen kolonisieren, sind jedoch nicht mehr
      dazu fähig, die Entstehung der für diesen Pilz
      charakteristischen Pflanzentumore zu induzieren. Stattdessen
      kommt es zu verstärktem Auftreten von Chlorosen in
      infizierten Pflanzen, was auf eine erhöhte Aktivität
      pflanzlicher Abwehrmechanismen hindeutet. Es konnte gezeigt
      werden, dass Pit2 mit den Abwehr-assoziierten apoplastischen
      Cysteinproteasen CP1A/B, CP2 und XCP2 interagiert und diese
      spezifisch inhibiert. Durch Sequenzvergleiche mit
      Pit2-Orthologen aus verwandten Brandpilzen konnte ein 14
      Aminosäuren umfassendes Motiv (PID14) identifiziert werden,
      welches zur Protease-Interaktion und -Inhibition benötigt
      wird und zudem essentiell für die Virulenz von U. maydis ist.
      Darüber hinaus können synthetische UmPID14-Peptide
      apoplastische Maisproteasen inhibieren und die Virulenz der
      pit2-Deletionsmutanten partiell wieder herstellen. Diese
      Ergebnisse zeigen, dass Pit2 durch Inhibition apoplastischer
      Cysteinproteasen die pflanzliche Abwehr blockiert und dem
      Pilz dadurch die Etablierung und Aufrechterhaltung einer
      biotrophen Interaktion ermöglicht. Zusätzlich konnte durch
      Komplementationsversuche gezeigt werden, dass Pit2-Orthologe
      aus den verwandten Brandpilzen Ustilago hordei, Sporisorium
      reilianum oder Melanopsichium pennsylvanicum im U.
      maydis-Mais-Pathosystem nicht funktionell sind. Es wurde
      außerdem gezeigt, dass die orthologen PID14-Regionen
      innerhalb von UmPit2 die Funktion der UmPID14 in planta nicht
      ersetzen können. Umgekehrt war es jedoch möglich, die
      Wildtypvirulenz mithilfe von Chimären bestehend aus den
      orthologen Pit2-Proteinen kombiniert mit der UmPID14-Region
      teilweise wieder herzustellen. Insgesamt deuten diese
      Beobachtungen auf eine Wirtsspezifität der verschiedenen
      Pit2-Orthologe hin, die durch die jeweilige PID14-Region
      determiniert wird.
description: Ustilago maydis, the causative
      agent of corn smut disease, is a biotrophic plant pathogen
      that relies on living plant tissue to fulfill its life cycle.
      This lifestyle requires an efficient suppression of the
      plant’s immune system which is accomplished by the secretion
      of so-called effector proteins. One of these effectors is
      Pit2 (Protein important for tumors 2, Um01375). Deletion
      mutants for pit2 are still able to penetrate and colonize
      host plants but fail to induce tumor formation in infected
      plants. Instead, chlorosis can be observed at infection
      sites, indicating that an increased activity of plant defense
      reactions is elicited. Aim of this thesis was the functional
      characterization of Pit2. Yeast-two-hybrid analyses showed
      that Pit2 interacts with a set of defense-associated
      apoplastic maize cysteine proteases (CP1A/B, CP2 and XCP2)
      and inhibits their activity. Sequence comparison with Pit2
      orthologs from related smuts identified a conserved 14 amino
      acid motif (PID14), which is required for protease inhibition
      and interaction. This domain is essential for virulence of U.
      maydis. Moreover, synthetic UmPID14-peptides are able to
      inhibit the activity of the tested proteases and expression
      of PID14 in U. maydis SG200Δpit2 partially restores fungal
      virulence. These results indicate that Pit2 is essential for
      U. maydis to establish and maintain a biotrophic interaction
      with maize and that this is determined by the inhibition of
      apoplastic cysteine proteases. Furthermore it was
      demonstrated that Pit2 orthologs from the related smuts
      Ustilago hordei, Sporisorium reilianum or Melanopsichium
      pennsylvanicum are not functional in the U. maydis-maize
      pathosystem. These findings were further confirmed by showing
      that the orthologous PID14-regions are not able to replace
      the function of the UmPID14-region inside UmPit2 in planta.
      In contrast to that, virulence of U. maydis SG200Δpit2 was
      partially restored by chimeric Pit2-versions consisting of
      any Pit2 ortholog combined with the UmPID14-region. Overall,
      these observations suggest that the different Pit2 orthologs
      are host specific and that host specificity is determined by
      the respective PID14-region.