Adhesion of the rapeseed pathogen Verticillium longisporum to its host Brassica napus: Uncovering adhesion genes and the evolutionary origin of the fungus

Abstract

Verticillium longisporum, ein im Boden lebendes Pflanzenpathogen, stellt ein wachsendes Problem für Raps und andere Kreuzblütler dar. Der Infektionsmechanismus über die Pflanzenwurzel sowie der evolutionäre Ursprung dieses Pilzes sind noch weitgehend unbekannt. In einem Hefe-Screening konnten 24 verschiedene cDNA Sequenzen von V. longisporum identifiziert werden, die potentiellen an der Adhäsion beteiligten sein könnten. Die Sequenzen konnten in vier Gruppen unterteilt werden: Regulatorische Proteine, Zellwand- und Membranproteine, Transport und Stoffwechselproteine, sowie konservierte Proteine mit unbekannter Funktion. Zwei der regulatorischen Proteine VTA1 und VTA2 aktivierten die Expression des Adhäsins FLO1 in Hefe, welches für die Zell-Zell-Adhäsion (Flokkulation) und Adhäsion von Hefe auf verschiedenen Oberflächen verantwortlich ist. Diese potentiellen Regulatoren sind möglicherweise auch in der Lage die Expression von FLO1 Homologen in Verticillium zu kontrollieren. Es wurden zwei Systeme für die Erstellung von Knock-downs und Knock-outs in V. longisporum und V. dahliae entwickelt. Mit dem neuen System für Gen-“silencing“ konnte mittels der “gateway“ Technologie die Zeit für das Erstellen von Konstrukten verkürzt werden und eine “silencing“ Effizienz von 80-90 % für das Gen VTA2 erreicht werden. VTA2 konnte zusammen mit einem rot fluoreszierenden Protein co-“gesilenced“ werden. Dadurch konnte die Suche nach Mutanten mit der höchsten “silencing“ Effizienz verbessert und verkürzt werden. Zudem konnte in V. dahliae das Gen VTA2 mit dem Gen-Deletionssystem in 45-76 % der Transformanten deletiert werden. Eine Deletion von VTA2 in V. dahliae führt zu einem Verlust der Konidienbildung, die Oberflächenhydrophobizität und die Bildung von Luftmyzel waren stark verändert. Ebenso war die Mutante sensitiv für oxidativen Stress und die Virulenz in planta war reduziert. Die Sequenzierung der Gene VTA1, VTA2, der Gene für rDNA und zwei Velvet-Gene legten den evolutionären Ursprung von V. longisporum offen. Dieser Rapsschädling ist ein Hybrid aus V. dahliae und V. albo-atrum. Charakteristische Einzelnukleotid-Polymorphismen lassen vermuten, dass es sich um ein einzelnes initiales Hybridisierungsereignis handelt. Ein weiterer Schritt der Artbildung ist die Homogenisierung der repetitiven rDNA-Cluster. Diese Homogenisierung hat mindestens zweimal stattgefunden und zu erheblicher Verwirrung in der Taxonomie geführt, weil beide rDNA Typen aus V. longisporum isoliert werden können und die Stämme dann entweder V. dahliae oder V. albo-atrum zugeordnet werden können.