Molekulare Charakterisierung von HRPE, der HRP-Pilus Untereinheit von Xanthomonas campestris pv.vesicatoria
Creators: name: Weber, Ernst
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2006
Subjects: subject: Elektronische Publikation
subject: Hochschulschrift
subject: Online-Publikation
subject: Zsfassung in engl. Sprache
subject: 572.8293165

description: Das pflanzenpathogene Bakterium X. campestris pv. vesicatoria verfügt über ein Typ-III-Sekretionssystem (TTS-System), welches sowohl für die Pathogenität auf suszeptiblen Pflanzen als auch für die Auslösung einer hypersensitiven Reaktion auf resistenten Pflanzen essenziell ist. Dieses Transportsystem wird im 23-kb großen hrp-Gencluster ("hypersensitive response and pathogenicity") kodiert. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass X. campestris pv. vesicatoria unter hrp-Gen-induzierenden Bedingungen an der Zelloberfläche filamentöse Strukturen bildet, die Hrp-Pili. Eine Analyse der gereinigten Strukturen und Immunmarkierungsexperimente ergaben, dass die Hauptuntereinheit des Hrp-Pilus von HrpE gebildet wird. Sequenzhomologe konnten bisher nur in anderen Xanthomonaden identifiziert werden. Die Untersuchung nicht-polarer hrpE Mutanten zeigte, dass der Hrp-Pilus sowohl für die Translokation als auch für die Sekretion essenziell ist. Immunmarkierungsexperimente belegten, dass Typ-III-abhängig sekretierte Proteine, wie HrpF und AvrBs3, während des Sekretionsprozesses in der Nähe des Hrp-Pilus lokalisiert sind. Eine systematische Analyse nicht-polarer Mutanten in den hrp, hrc ("hrp conserved") und hpa ("hrp associated") Genen offenbarte, dass bis auf die Hpa-Proteine und dem Translokonprotein HrpF, alle Hrp- und Hrc-Proteine essenziell für die Assemblierung des Hrp-Pilus sind. Die funktionelle Charakterisierung von HrpE mittels Linkerscanningmutagenese sowie translationale Fusionen mit einem Reporterprotein weisen auf zwei funktionelle Domänen hin - eine variable, oberflächenexponierte Domäne, die auch das Typ-III-Sekretionssignal beinhaltet, und eine hoch konservierte, C-terminale Polymerisierungsdomäne. Der Vergleich mit einer Mutantenanalyse von HrpA, dem Hrp-Pilin von Pseudomonas syringae pv. tomato, und die Ähnlichkeit der Hydrophobizitätsprofile weiterer nicht-homologer Hrp-Piline deutet eine gemeinsame Architektur der Hrp-Piline verschiedener pflanzenpathogener Bakterien an . Die Analyse der auf HrpE wirkenden evolutionären Einflüsse belegte, dass Teile des N-Terminus dem Einfluss der Diversifikation der Sequenz unterliegen ("positive selection"), der C-Terminus jedoch unter einem die Sequenz bewahrenden Evolutionsdruck steht ("purifying selection"). Weiterhin konnte trotz geringen Sequenzähnlichkeit eine amphipathische α-Helix als mögliches Typ-III-Sekretionssignal von HrpE identifiziert werden .
description: The plant pathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. vesicatoria possesses a type III secretion (TTS) system that is necessary for both pathogenicity in susceptible hosts and the induction of the hypersensitive response in resistant plants. This specialized protein transport system is encoded by a 23-kb hrp (hypersensitive response and pathogenicity) gene cluster. This work showed that X. campestris pv. vesicatoria produces filamentous structures, the Hrp pili, at the cell surface under hrp-inducing conditions. Analysis of purified Hrp pili and immunoelectron microscopy revealed that the major component of the Hrp pilus is the HrpE protein which is encoded in the hrp gene cluster. Sequence homologues of hrpE are only found in other xanthomonads. Analysis of a nonpolar hrpE mutant demonstrated that the Hrp pilus is essential for the productive interaction of X. campestris pv. vesicatoria with pepper host plants. Furthermore, a functional Hrp pilus is required for type III-dependent protein secretion. Immunoelectron microscopy revealed a close contact of type III-secreted proteins, such as HrpF and AvrBs3, with the Hrp pilus during their secretion. By systematic analysis of nonpolar hrp, hrc (hrp conserved), and hpa (hrp associated) mutants, we found that Hpa proteins as well as the translocon protein HrpF are dispensable for pilus assembly, while all other tested Hrp and Hrc proteins are required. Functional domains of HrpE were mapped by linker-scanning mutagenesis and by reporter protein fusions and suggest a two-domain structure of HrpE with an N-terminal surface-exposed variable region, including the type III secretion signal, and a C-terminal polymerization domain. Comparisons with a mutant study of HrpA, the Hrp pilin from Pseudomonas syringae pv. tomato, and hydrophobicity plot analyses of several nonhomologous Hrp pilins suggest a common architecture of Hrp pilins of different plant-pathogenic bacteria . Analysis of the evolutionary rate of the hrpE gene showed that parts of the HrpE N terminus are subjected to positive selection, whereas the C terminus is subjected to purifying selection. Despite the high sequence diversity at the N terminus an amphipathic α-helix was identified as the probable type III secretion signal of HrpE .