Molecular basis for differential host response of sorghum against different formae speciales of Sporisorium reilianum

Dutra, Deiziane da Consolacao; Schirawski, Jan (Thesis advisor); Blank, Lars M. (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Der biotrophe Brandpilz Sporisorium reilianum kommt in zwei formae speciales vor, S. reilianum f. sp. zeae (SRZ) und S. reilianum f. sp. reilianum (SRS), die Kopfbrand bei Mais bzw. Hirse auslösen und weltweit zu enormen Ernteausfällen führen. Während der Infektion werden von S. reilianum vermutlich Hunderte von Effektorproteinen in das Pflanzengewebe sekretiert, die dem Pilz bei der Besiedlung der Wirtspflanze helfen, oder Abwehrreaktionen induzieren können. Eine Hirse-Infektion mit SRZ ruft starke pflanzliche Abwehrreaktionen hervor - sichtbar als Rotfärbung des infizierten Blattgewebes infolge von Phytoalexin-produktion, die die systemische Ausbreitung des Pilzes verhindern. Wir folgten fünf Ansätzen, um die molekularen Ereignisse, die während der SRZ-Infektion von Hirse auftreten, besser zu verstehen. In Ansatz 1 versuchten wir durch Fraktionierung und Infiltration in Hirseblätter zelluläre Komponenten von SRZ zu identifizieren, die eine Rolle bei der Phytoalexin-Induktion spielen. Bekannte Phytoalexin-induzierende Verbindungen anderer Systeme wurden ebenfalls getestet. Dies lieferte jedoch keinen eindeutigen Hinweis auf die Beteiligung einzelner Komponenten an der Induktion von Phytoalexinen. In Ansatz 2 prüften wir, ob SRZ-spezifische, sekretierte Effektoren für die Phytoalexin-Induktion verantwortlich sind. Kandidateneffektoren wurden auf ihre Fähigkeit getestet, die Phytoalexinbildung durch Partikelbeschuss von Hirseblättern zu induzieren. Keiner der 63 getesteten Effektoren konnte konsistent Phytoalexine in den benachbarten oder direkten Zielzellen induzieren. In Ansatz 3 wurden die 3 am stärksten unterschiedlich exprimierten Effektorkandidaten in SRZ einzeln deletiert. Die Deletion von sr14274 führte zu einer stark reduzierten Phytoalexin-Induktion infolge einer stark beeinträchtigten Virulenz. In Ansatz 4 wollten wir die Wirkung einzelner SRZ-Proteine auf die Induktion von Phytoalexinen oder den Zelltod bei Hirse testen. Zu diesem Zweck wurden 46 ausgewählte Kandidaten für die heterologe Proteinproduktion in E. coli unter Verwendung des Plasmids pTSGATE1 kloniert. Aus zeitlichen Gründen konnte die Proteinexpression und die anschließende Blattinfiltration nicht mehr durchgeführt werden. Schließlich testeten wir in Ansatz 5 durch Agroinfiltration in Nicotiana benthamiana, ausgewählte Effektorkandidaten auf ihre Fähigkeit, den durch das Elicitin INF1 von Phytophthora infestans ausgelösten überempfindlichen Zelltod zu unterdrücken. Ein vorhergesagter cytoplasmatischer Effektor, sr16441ΔSP, war in der Lage, den INF1-induzierten Zelltod zuverlässig zu unterdrücken. Diese Studie enthüllte eine mutmaßliche Funktion für einen neuen Effektorkandidaten, die uns helfen könnte, die bei der Infektion von Hirse mit SRZ ablaufenden molekularen Prozesse besser zu verstehen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie [161710]