Charakterisierung eines essentiellen Virulenzfaktors im Maispathogen Ustilago maydis

Der biotrophe Pilz Ustilago maydis induziert Tumore an allen oberirdisch wachsenden Teilen von Mais. Mit Hilfe hunderter kleiner sekretierter Proteine und anderer sekretierter Moleküle, sogenannten Effektoren, gelingt es dem Pathogen die Pflanzenabwehr zu untergraben und den Wirtsmetabolismus seinen Bedürfnissen gemäß zu verändern. Trotz ihrer wichigen Rolle während der Infektion sind bisher nur sehr wenige Effektoren funktionell charakterisiert worden. In einem Screen nach U. maydis Effektoren mit einer wichtigen Rolle für die Virulenz des Pathogens konnten wir APATHOGENIC 1 (AP1), ein kleines, sekretiertes Pilzprotein, das während der biotrophen Phase transkriptionell hochreguliert ist, identifizieren. Erste mikroskopische Untersuchungen haben ergeben, dass der Pilz schon in der frühen Phase der Penetration in die Wirtszelle scheitert und unfähig scheint, die pflanzliche Immunantwort zu unterdrücken. Ektopische Integration eines genomischen Fragments von ap1 in die ap1 Mutante führt zur Komplementation des Virulenzdefekts. Die beantragte sorgfältige funktionelle Untersuchung von AP1 und der von diesem Protein beeinflussten wirtsseitigen Prozesse wird wahrscheinlich zu wertvollen Erkenntnissen bezüglich der pflanzliche Abwehr und auch der Besiedelungsstrategie des Pilzes beitragen. Die Tatsache, dass Orthologe von ap1 auch in allen anderen öffentlich zugänglichen Brandpilzgenomsequenzen aufzufinden sind, deutet auf eine wichtige, konservierte Funktion von AP1 in der Gruppe dieser biotrophen Pathogene hin.

Der biotrophe Krankheitserreger Ustilago maydis welcher ursächlich für die Maisbrandkrankheit ist, infiziert eine der weltweit wichtigsten Nutzpflanzen, Mais. U. maydis befällt typischer Weise zwischen 1-5% der Pflanzen auf kommerziellen Maisfeldern was zu entsprechend verringertem Ertrag und verringerter Qualität der Ernte führt. Um erfolgreich den Wirt zu besiedeln sekretiert U. maydis Eiweiße, sogenannte Effektoren welche die Pflanzenabwehrantworten unterdrücken und die Etablierung der Interaktion zwischen Pilz und Pflanze erleichtern. Die Identifizierung und das Verstehen von pathogenseitigen Zielmolekülen welche eine essentielle Rolle in der Virulenz ausüben ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung neuer nachhaltiger Strategien um Pflanzenkrankheiten zu bekämpfen. Während dieser Studie haben wir den Proteineffektor Cce1 (vorher AP1 genannt) identifiziert. Cce1 ist ein essentiellier Virulenzfaktor welcher während der Infektionsphase transkriptionell hochreguliert wird. Durch die mikroskopische Analyse und in Vitro Versuche konnten wir zeigen, dass Cce1 von den Pilzhyphen bei der Besiedelung der Pflanze sekretiert wird. cce1 Mutanten scheitern schon frühzeitig während der Anfangsphase des Infektionsprozesses und induzieren als Abwehrreaktion der Pflanze Kalloseablagerungen am Ort des Penetrationsversuchs. Cce1 ist konserviert und es finden sich Orthologe bei anderen Brandpilzen. Das Ustilago bromivora Ortholog von Cce1 komplementiert den Virulenzdefekt der Deletionsmutante SG200cce1. Überraschender Weise interagiert Cce1 im Hefe-Zwei-Hybridsystem mit anderen konservierten Effektoren welche eine essentielle Rolle während der biotrophen Entwicklung spielen. Die biologische Relevanz dieser Interaktionen ist derzeit unklar und benötigt weitere Forschung.