Regulators for Ustilago maydis mig gene expression during pathogenic development
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die gegenwärtige Studie widmete sich der Identifizierung und Wirkungsweise pilzlicher Transkriptionsfaktoren, die selektive Genexpression während einer biotrophen Pilz-Pflanze-Interaktion ermöglichen. Die Identifizierung des Transkriptionsaktivators Mzr1, der maßgeblich zur in pianta Expression eines Teils der insgesamt sechs mig2 Gene beiträgt, bot darüber hinaus die Möglichkeit, weitere in pianta induzierter U. maydis Gene zu identifizieren. Interessanterweise benötigt Mzr1 für seine Wirkung den Zellzyklusregulator Biz1, der wie Mzr1 zur Klasse der Cys(2)His(2)-Zinkfingerproteine zählt und möglicherweise ein kooperatives Verhältnis mit Mzr1 eingeht. Beide Faktoren scheinen über multiple TGG-Triplett-Motive zu wirken, weisen aber in Bezug auf regulierte Gene unterschiedliche Promotorspezifitäten auf. Im Gegensatz zu bizi, das über den zentralen bE/bW Komplex unmittelbar nach Zellpaarung angeschaltet wird, ist die Expressipn von Mzr1 mit der biotrophen Phase verbunden. Die Expression von mig2 Genen, die über Mzr1/Biz1 reguliert werden, findet bereits während der Appressorienbildung auf der Pflanzenoberfläche statt. Ob ein pflanzlicher Signalfaktor mzr1-Expression während dieses Stadiums vermittelt und darüber hinaus die Wirkung von Mzrl bzw. Bizi beeinflusst, ist derzeit unbekannt. Die Identifizierung der für die mig2-5 Expression notwendigen Bedingungen bietet nun eine experimentelle Möglichkeit zum screening verantwortlicher pflanzlicher Signalstoffe. Diese Studie hat erstmals einen konkreten Einblick in das Zusammenspiel stadienspezifischer Transkriptionsfaktoren während der pilzlichen biotrophen Phase ermöglicht und darüber hinaus Hinweise auf weitere Regulatoren erbracht, deren Identifizierung zum Verständnis zugrunde liegender Netzwerke notwendig sein wird. Hierfür stellen die mig2-1 und mig2-2 Promotoren, die nicht über Mzr1/ Biz1 reguliert werden, einen soliden Ansatzpunkt dar. Eine Überraschung stellte die ermittelte Promotorselektivität von Mzr1 dar. Aufgrund eines sehr ähnlichen Expressionsprofils aller mig2-Gene war davon ausgegangen worden, dass transkriptioneile Aktivierung zumindest teilweise identische Faktoren beinhaltet. Es zeigte sich nun, dass Biz1/Mzr1 nur einen Teil der mig2-Cluster-Gene regulieren und dass diese Eigenschaft auch für weitere Gencluster, die Mzri-induziete Gene beinhalten, zutrifft. Die mig2 Gene sind sehr wahrscheinlich aus Genduplikation und Divergenz hervorgegangen. Dies lässt vermuten, dass verantwortliche Regulatoren neue Promotorspezifitäten erworben haben, möglicherweise um die Bildung der mig2-Genprodukte zu koordinieren. Darüber hinaus war die Beobachtung, dass die mig2-5 Expression bereits während der Appressorienbildung auf der Pflanze stattfindet, unerwartet, da von einer spezifischen Expression in planta ausgegangen worden war. Schließlich war auch die deutliche physiologische Wirkung der ektopischen mzr1-Expression unerwartet. Diese liefert nun eine plausible Erklärung für die stadienspezifische mzr1-Expression. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass konditionale mzr1-Überexpression einen Zellteilungs-Defekt während hefeartigen Wachstums bewirkte und darüber hinaus, wahrscheinlich aufgrund verminderter Expression des Pheromongens, mit Zellpaarung interferierte. Dieser Befund lässt nun vermuten, dass Mzr1 eine Rolle in der Wachstumsregulation während sexueller Entwicklung ausübt, die möglicherweise die Funktion von Biz1 ergänzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) "Identification of transcriptional regulators for the Ustilago maydis mig2 genes". Dissertation. Philipps-Universität Marburg
Yan Zheng
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(2008) The Ustilago maydis Cys2HiS2-type zinc finger transcription factor Mzr1 regulates fungal gene expression during the biotrophic growth stage. Mol. Microbiol. 68: 1450-1470
Zheng, Y., Kief, J., Auffarth, K., Farfsing, J., Mahlert, M., Nieto, F. and Basse, C. W.
