RT Dissertation/Thesis
T1 Molekulare und biochemische Charakterisierung von NEP1 - ähnlichen Proteinen (NLPs) aus Plasmopara viticola
A1 Schumacher,Stefan
WP 2017/02/24
AB Der Erreger des Falschen Mehltaus der Weinrebe, Plasmopara viticola, gehört zu den bedeutendsten Pathogenen im Weinbau und kann in Jahren mit für ihn günstiger Witterung zu erheblichen Ernteeinbußen führen. Die molekularen Vorgänge während der Interaktion des Pathogens mit der Weinrebe sind bisher nur wenig erforscht. Es ist bekannt, dass angepasste Pathogene eine Infektion durch die Umgehung oder Unterdrückung der angeborenen pflanzlichen Immunität erreichen. Diese Unterdrückung geschieht durch Effektoren, welche vom Pathogen sekretiert werden und auf verschiedenste Weise die Abwehrreaktion der Pflanze modulieren können. Eine solche Effektor-Familie sind z.B. die Nekrosen und Ethylen induzierendes Peptid 1 – ähnlichen Proteine (necrosis and ethylene inducing peptide 1 – like proteins, NLP), welche in den letzten Jahren in einer Vielzahl von Mikroorganismen beschrieben wurden. Diese Proteine können einerseits als Virulenzfaktoren eine Rolle spielen und andererseits zahlreiche pflanzliche Abwehrreaktionen induzieren. In nekrotrophen und hemibiotrophen Pflanzenpathogenen werden NLPs meist zu Zeitpunkten gebildet, in denen das Pathogen beginnt sich von abgestorbenem Pflanzenmaterial zu ernähren. Neben diesen cytotoxischen NLPs ist eine Vielzahl von nicht-cytotoxischen NLPs aus hemibiotrophen und biotrophen Mikroorgansimen bekannt. Welche Funktion diese NLPs haben, ist nicht bekannt. Proteine dieser Art sind bisher lediglich in einem obligat biotrophen Pflanzenpathogen, dem Falschen Mehltau der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, Hyaloperonospora arabidopsidis, beschrieben.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden im obligat biotrophen Oomyceten P. viticola zwei NLPs mit vollständigem Leserahmen sowie eine verkürzte Version identifiziert (PvNLPs) und mittels molekularbiologischer sowie biochemischer Methoden charakterisiert. Die Untersuchungen zeigten eine hohe Konservierung der entsprechenden Gene über verschiedene P. viticola Isolate von resistenten und suszeptiblen Rebsorten. Expressionsanalysen ergaben, dass PvNLPs zu frühen Zeitpunkten während der Infektion bzw. bereits vor dem ersten Pflanzenkontakt exprimiert werden. Eine Nekrosen induzierende Aktivität von PvNLP konnte weder in der Modellpflanze N. benthamiana, noch in verschiedenen, anfälligen oder resistenten Vitis spp. beobachtet werden. Zur Aufklärung der Ursachen für den Verlust der cytotoxischen Eigenschaften dieser Proteine wurde die Bedeutung verschiedener struktureller Bereiche, die Neigung zur Bildung von Homo- bzw. Hetero-Oligomerisierung, sowie die Lokalisation dieser Proteine auf subzellulärer Ebene untersucht. Was zum Verlust der Nekrosen induzierende Aktivität der Proteine führt, konnte nicht geklärt werden. Weder das Vorhandensein eines Signalpeptids noch das eines N-terminalen Bereichs aus einem anderen, cytotoxischen NLP führte in Fusionsproteinen mit den NLPs aus P. viticola zu Nekrosen induzierenden chimären Konstrukten. Homodimer-Bildung konnte für PvNLPs zwar im Reagenzglas nachgewiesen werden, scheint bei Expression in der Pflanze N. benthamiana jedoch nicht vorzuliegen. Weiterhin zeigte sich bei Untersuchungen zur subzellulären Lokalisation eine Akkumulation im Cytoplasma sowie eine mögliche Assoziation mit dem Zellkern. Dieses Lokalisationsmuster unterscheidet sich nicht von dem eines cytotoxischen NLPs. Eine Rolle als Induktoren einer pflanzlichen Abwehrreaktion in Vitis konnte ebenso für keines der untersuchten NLPs nachgewiesen werden, was auf ein mögliches Fehlen des entsprechenden Rezeptors in Vitis hindeuten könnte.
Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass NLPs aus P. viticola während der Infektion der Weinrebe eine andere, bislang unbekannte Funktion erfüllen, welche hauptsächlich die frühen Infektionsstadien zu Zeitpunkten vom Schlupf der Zoosporen bis zur erfolgreichen Penetration der Weinrebe betrifft.
K1 Plasmopara viticola
K1 Eipilze
K1 Weinrebe
K1 Falscher Mehltau
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1314