Verticillium longisporum induced changes in the extracellular compartment in Arabidopsis thaliana and Brassica napus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Verticillium longisporum (VL) ist ein bodenbürtiger, pathogener Pilz, der Pflanzen der Familie der Brassicaceen befällt. Als vaskuläres Pathogen besiedelt er das Xylem seiner Wirtspflanzen. Daher werden Abwehrreaktionen in der extrazellulären Matrix erwartet. Die Analyse des Proteoms von Arabidopsis thaliana in Phase I dieser Forschergruppe zeigte, dass drei Peroxidasen, ein putative Serin Carboxypeptidase, eine - Galaktosidase und ein Germin-ähnliches Protein (GLP3) im Apoplasten infizierter im Vergleich zu mock-inokulierten Pflanzen verstärkt auftraten, während ein Lektin-ähnliches Protein unter diesen Bedingungen vermindert war. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, diese differentiell exprimierten Proteine in Relation zu physiologischen und anatomischen Veränderungen unter dem Einfluss VL funktionell zu charakterisieren. Die Analyse des Wachstums von VL in extrazellulären Flüssigkeiten zeigte, dass Apoplasten-Proteine das pilzliche Wachstum beeinträchtigten. Um die an der Immunreaktion beteiligten Proteine zu identifizieren, wurden homozygote Arabidopsis T-DNA Insertionslinien in Genen der oben aufgeführten Proteine isoliert und mit VL infiziert. Die meisten der isolierten Arabidopsislinien zeigten einen ähnlichen Pathophänotyp wie der Wildtyp. Arabidopsis Linien mit verminderten Transkriptgehalten von GLP3 zeigten eine erhöhte Empfindlichkeit für VL. amiRNA Linien für GLP3 unterstützten diesen Befund. Des Weiteren waren GLP3-überexprimierende Linien von Arabidopsis resistenter gegenüber VL als der Wildtyp. Die pilzliche DNA Menge war in T- DNA Insertionslinien für GLP3 erhöht und in Überexprimierern erniedrigt. Physiologische Analysen zeigten eine Abnahme photosynthetischer Pigmente unter VL, die zu einer Veränderung des Chla/Chlb-Verhältnisses führten. Die relative Erhöhung von Chlb ist ein Charakteristikum von Schattenanpassung. Entsprechend erhöhte sich die Elektronentransportrate unter niedrigen, nicht aber hohen Lichtintensitäten bei infizierten im Vergleich zu mock-inokulierten Pflanzen. Microarrays und bioinformatische Analysen deuteten ebenfalls auf “cross-talk” zwischen Chloroplasten und Apoplast hin. Welcher Mechanismus hierbei zu Grunde liegt, bleibt unklar. Heterologe Expression von GLP3 in Hefe zeigte, dass das Protein das Wachstum von VL auch in vitro hemmte. Offenbar vermittelt GLP3 VL-Resistenz in A. thaliana, in dem es das Wachstum des Pilzes direkt zu hemmen vermag. Der molekulare Mechanismus der GLP3 Wirkung ist weiterhin unbekannt und sollte in weiterführenden Experimenten geklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) Identifizierung und Charakterisierung extrazellulärer Proteine unter dem Einfluss von Verticillium longisporum in Arabidopsis thaliana und Raps (Brassica napus). Göttingen, Univ., Diss., Online Ressource (129 S.)
Saskia Flörl
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(2008) Defence reactions in the apoplastic proteome of oilseed rape (Brassica napus var. napus) attenuate Verticillium longisporum growth but not disease symptoms. BMC Plant Biology 8:129
Floerl S, Drübert C, Majcherczyk A, Karlovsky P, Kües U, Polle A
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(2010) Disease symptoms and mineral nutrition in Arabidopsis thaliana in response to Verticillium longisporum VL43 infection. Journal of Plant Pathology 92 (3): 695-702
Floerl S, Druebert C, Aroud HI, Karlovsky P, Polle A
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(2010) Silencing of VLARO2 for chorismate synthase revealed that the phytopathogen Verticillium longisporum induces the amino acid cross-pathway control during growth in the plant xylem. Applied Microbiology and Biotechnology 85, 1961-1976
Singh S, Braus-Stromeyer SA, Lohaus G, Reusche M, Knüfer M, Teichmann T, von Tiedemann A, Braus GH
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(2011) Funktionelle Charakterisierung von apoplastischen Proteinen in Brassica napus und Arabidopsis thaliana nach Infektion mit Verticillium longisporum. Göttingen, Univ., Diss., Online-Ressource (PDF-Datei: 208 S.)
Christine Drübert
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(2012) The plant host Brassica napus induces in the pathogen Verticillium longisporum the expression of functional catalase peroxidase which is required for the late phase of disease. Molecular Plant Microbe Interaction 25, 569-581
Singh S, Braus-Stromeyer SA, Timpner C, Valerius O, von Tiedemann A, Karlovsky P, Druebert C, Polle A, Braus GH
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(2012) The vascular pathogen Verticillium longisporum requires a jasmonic acid-independent COI1 function in roots to elicit disease symptoms in Arabidopsis thaliana shoots. Plant Phys.
Ralhan A, Schöttle S, Thurow, C, Iven T, Feußner I, Polle A, Gatz C
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(2012) Verticillium longisporum infection affects the leaf apoplastic proteome, metabolome and cell wall properties in Arabidopsis thaliana. Plos One 2,e31435
Floerl S, Majcherczyk A, Possienke M, Feussner K, Tappe H, Gatz C, Feussner I, Kües U, Polle A
