Funktionelle Analyse von Sekundärmetaboliten des Maispathogens Colletotrichum graminicola
Final Report Abstract
Pflanzenpathogene produzieren häufig Sekundärmetaboliten mit phytotoxischer Wirkung, die als Pathogenitäts- oder Virulenzfaktoren die erfolgreiche Infektion des Wirtes erleichtern bzw. erst ermöglichen. Das gilt insbesondere für nekrotrophe Organismen, die Pflanzenzellen abtöten, um an Nährstoffe zu gelangen und gleichzeitig die pflanzliche Abwehr auszuschalten. Ungeklärt ist, ob auch hemibiotrophen Pilze sekundäre Stoffwechselprodukte für den Übergang zur Nekrotrophie benötigen. Darüber hinaus sollte der Frage nachgegangen werden, ob Sekundärmetaboliten mit möglicher Effektorfunktion maßgeblich an der Etablierung der kompatiblen Wirt-Parasit-Interaktion beteiligt sind. Der Schwerpunkt des Projekts war die funktionelle Charakterisierung von PKS-Genen des hemibiotrophen Maispathogens C. graminicola. Etwa drei Viertel der im Genom kodierten 40 PKS-Gene wurden erfolgreich deletiert. Die phänotypische Charakterisierung der Deletionsmutanten ergab, dass CgPKS1 sowie CgPKS4 für die Penetration der Maisepidermis benötigt werden. Durch detaillierte Untersuchungen zur Rolle des Melaninsynthasegens CgPKS1 konnte die bisherige Theorie zur Funktion von Melanin als Osmolytbarriere widerlegt werden. Die Apathogenität von CgPKS4-Deletionsmutanten konnte ebenfalls auf einen Penetrationsdefekt zurückgeführt werden. Allerdings wiesen die ∆CgPKS4-Stämme keine weiteren phänotypischen Besonderheiten auf, die Hinweise auf die mögliche Funktion des Produkts liefern könnten. In zukünftigen Untersuchungen soll geklärt werden, ob das CgPKS4-Produkt eine strukturelle Komponente von Appressorien darstellt oder möglicherweise als Effektormolekül die erfolgreiche Infektion der Wirtspflanze ermöglicht. Mittels vergleichender Metabolitanalysen konnte ein PKS-Cluster für die Synthese von Monorden identifiziert werden. Im Zuge der funktionellen Charakterisierung wurden alle Gene des Clusters deletiert, was die Identifizierung der an der Synthese und dem Export von Monorden beteiligten Gene ermöglichte. Die Spezifität des Monorden-Transporters wurde durch Expressionsstudien in Hefe nachgewiesen. Allerdings konnte die in früheren Arbeiten prognostizierte Bedeutung von Monorden für die erfolgreiche Infektion von Mais nicht bestätigt werden. Vielmehr scheint die stark antimikrobiell wirkend Substanz in der späten Infektionsphase sekretiert zu werden, um antagonistische Organismen den Zugang zur erschlossenen Nahrungsquelle zu verwehren. Nicht zuletzt wurden die im Rahmen des Projekts erhobenen RNAseq-Daten genutzt, um eine korrigierte Version der Genomannotierung von C. graminicola zu erstellen.
Publications
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Horbach R & Deising HB
- In vivo assessment by Mach-Zehnder double-beam interferometry of the invasive force exerted by the Asian soybean rust fungus (Phakopsora pachyrhizi). New Phytologist, 2014, 203(2):620-31
Loehrer M, Botterweck J, Jahnke J, Mahlmann DM, Gaetgens J, Oldiges M, Horbach R, Deising HB, Schaffrath, U
(See online at https://doi.org/10.1111/nph.12784) - Melanin is not required for turgor generation but enhances cell wall rigidity in appressoria of the corn pathogen Colletotrichum graminicola. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2014, 27, 315-327
Ludwig N, Löhrer M, Hempel M, Mathea S, Schliebner I, Menzel M, Kiesow A, Schaffrath U, Deising HB & Horbach R
(See online at https://doi.org/10.1094/MPMI-09-13-0267-R) - New gene models and alternative splicing in the maize pathogen Colletotrichum graminicola revealed by RNA-Seq analysis. BMC Genomics, 2014, 15:842. 13 S.
Ivo Schliebner, Rayko Becher, Marcus Hempel, Holger B Deising and Ralf Horbach
(See online at https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-842)
