title: Appressorienbildung von Ustilago maydis auf hydrophoben Oberflächen: Regulation durch Membranproteine
title: Appressorium formation of Ustilago maydis on hydrophobic surfaces: Regulation through membrane proteins
Creators: name: Lanver, Daniel
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: map-kinase
virulence
MAP-Kinase
phytopathogenic fungi
mucin
Rezeptor
Virulenz
Phytopathogene Pilze
Appressorium
appressorium
receptor
Biowissenschaften, Biologie
Mucin

description: Ustilago maydis ist der Erreger des
      Maisbeulenbrandes. Die pathogene Entwicklung wird durch
      Fusion kompatibler Zellen und der Bildung eines
      dikaryotischen Filaments initiiert. Auf der
      Pflanzenoberfläche bildet U. maydis Appressorien aus, die das
      Eindringen des Pilzes in die Pflanze ermöglichen. Die
      Appressorienbildung wird durch die Hydrophobizität der
      Blattoberfläche und Cutin Monomere stimuliert. Die pathogene
      Entwicklung von U. maydis wird durch eine konservierte, zum
      FG (filamentous growth)-Signalweg in Saccharomyces cerevisiae
      homologe, MAP-Kinase Kaskade gesteuert. In Hefe agieren zwei
      Plasmamembranproteine, Sho1p und Msb2p, an der Spitze des
      MAP-Kinase Signalwegs. In dieser Arbeit wurden Sho1- und
      Msb2-verwandte Proteine in U. maydis untersucht. Es konnte
      gezeigt werden, dass Sho1 und Msb2 essentiell für die
      Virulenz von U. maydis sind. Genetische Analysen ergaben,
      dass Sho1 und Msb2 oberhalb der pathogenitätsrelevanten
      MAP-Kinase Kaskade agieren. Für Sho1 wurde zudem gezeigt,
      dass es die MAP-Kinase Kpp6 destabilisiert, indem es direkt
      mit der N-terminalen Domäne von Kpp6 interagiert. Dies dient
      wahrscheinlich der Feinregulation der Kpp6 Aktivität. Es
      konnte nachgewiesen werden, dass Sho1 und Msb2 spezifisch die
      Appressorienbildung regulieren, aber für die Zellfusion sowie
      filamentöses Wachstum nicht benötigt werden. Ferner waren
      sho1 und msb2 Mutanten während der morphologischen
      Differenzierung auf hydrophoben Oberflächen eingeschränkt,
      während die Reaktion auf Cutin Monomere nicht beeinträchtigt
      war. Dies deutet darauf hin, dass Sho1 und Msb2, die beide in
      der Plasmamembran lokalisieren, bei der Perzeption von
      Oberflächen beteiligt sind. Msb2, welches zur Familie der
      Transmembranmucine gehört, wird in ein zelluläres und ein
      extrazelluläres Fragment prozessiert. Beide Proteindomänen
      werden für die Funktion von Msb2 benötigt. Da die hoch
      glycosylierte extrazelluläre Domäne an die Umgebung abgegeben
      wird, werden zusätzliche Funktionen von Msb2 in der
      extrazellulären Matrix vermutet, wie z.B. die Vermittlung der
      Adhäsion zwischen Filamenten und Oberflächen.
      Transkriptomanalysen unter Appressorien-induzierenden in
      vitro Bedingungen zeigten, dass Sho1 und Msb2 notwendig für
      die Expression von potentiell sekretierten
      Zellwand-degradierenden Enzymen sind. Ferner wurden
      sekretierte Effektoren, die essentiell für die biotrophe
      Interaktion von U. maydis mit seiner Wirtspflanze sind, in
      Abhängigkeit von Sho1 und Msb2 exprimiert. Dies zeigt, dass
      U. maydis durch Sho1 und Msb2 auf die biotrophe Entwicklung
      vorbereitet wird, noch während die Hyphen auf der
      Pflanzenoberfläche wachsen. Da Sho1 und Msb2 in
      phytopathogenen Pilzen konservierte Proteine sind, könnten
      sie generelle Virulenzfaktoren darstellen.
description: Ustilago maydis is the causative
      agent of corn smut disease. Pathogenic development is
      initiated by fusion of compatible cells and the formation of
      a filamentous dikaryon. On the plant surface U. maydis
      differentiates appressoria enabling the fungus to penetrate
      the plant epidermis. Appressorium formation is stimulated by
      the hydrophobicity of the leaf surface and cutin monomers.
      Pathogenic development of U. maydis is regulated by a
      conserved MAP-kinase cascade homologues to the FG
      (filamentous growth)-pathway in Saccharomyces cerevisae. In
      yeast, two transmembrane proteins, Sho1p and Msb2p, act at
      the head of this MAP-kinase cascade. In this study Sho1 and
      Msb2-related proteins in U. maydis were characterized. It
      could be shown that Sho1 and Msb2 are essential for virulence
      of U. maydis. Genetic data provided evidence that Sho1 and
      Msb2 act upstream of the pathogenicity-relevant MAP-kinase
      cascade. Furthermore, Sho1 was shown to destabilize the
      MAP-kinase Kpp6 through direct interaction with the unique
      N-terminal domain in Kpp6, indicating a role of Sho1 in
      fine-tuning Kpp6 activity. It could be demonstrated that Sho1
      and Msb2 specifically regulate appressorium formation and are
      neither required for cell fusion nor for filamentous growth.
      Moreover, sho1 and msb2 mutants were affected in their
      morphological response to hydrophobic surfaces, but responded
      normally to cutin monomers. This suggests that Sho1 and Msb2,
      which localize in the plasma membrane, are involved in
      surface perception. The Msb2 protein, which belongs to the
      family of transmembrane mucins, is processed into a cellular
      and an extracellular fragment. Both domains are essential for
      function of Msb2. Since the highly glycosylated extracellular
      domain is shed to the environment, additional roles of Msb2
      in the extracellular matrix are assumed, i.e. mediation of
      adhesion between filaments and surfaces. Transcriptional
      profiling under appressorium inducing in vitro conditions
      revealed that Sho1 and Msb2 are necessary for the expression
      of potential secreted cell wall degrading enzymes.
      Furthermore, secreted effectors, known to be essential for
      the biotrophic interaction between U. maydis and its host
      plant, were found to be Sho1 and Msb2 dependently expressed.
      This indicates that Sho1 and Msb2 prime U.maydis for
      biotrophic development when hyphae are growing on the plant
      surface. Since Sho1 and Msb2 are conserved proteins in
      phytopathogenic fungi, they could represent general virulence
      factors.