Characterization of the pathogenicity relevant genes THI4 and PA14_2 in Verticillium dahliae

Abstract

Die bodenbürtigen, pflanzenpathogenen Pilze der Verticillium Familie sind über die ganze Welt verteilt. Bislang gibt es keine Fungiszide, die einen Befall der Wirtspflanzen verhindern können. Auf infizierten Feldern ist dem Pilz für viele Jahre ein Überleben im Boden in sogenannten Dauerformen (Mikrosklerotien, melanisierte Hyphen) möglich. Auch nach langer Zeit können diese auskeimen und der Pilz dann die Wirtspflanzen befallen, was ihn zu einem wirtschaftlichen Problem macht. Die Infektion der Wirtspflanzen erfolgt durch die Wurzeln; und nachdem der Pilz in die Xylemgefäße der Pflanze eingedrungen ist, wächst er innerhalb dieser vasculären Leitungsbahnen. Die infizierten Pflanzen zeigen Infektionssymptome wie frühzeitige Chlorose der Blätter, absterbendes Gewebe sowie verfärbte Gefäße in Stamm und Wurzel. Für die Landwirtschaft ist die Erforschung der Interaktionen zwischen Pflanzen und dem pathogenene Pliz von großer Bedeutung um mögliche Angriffspunkte zur Pilzbekämpfung zu finden. Diese Arbeit fokussiert sich auf zwei spezifische Gene in Verticillium dahliae, die für die Pathogenität des Pilzes eine Rolle spielen. Des Weiteren wurde die Gen­Regulation in Verticillium longisporum durch Analyse eines Transkriptoms untersucht. Die Studie hat zum Ziel die hohe Anpassung des Pilzes an die Bedingungen innerhalb des vaskulären Systems der Wirtspflanze zu zeigen, in dem dem saprophytischen Pilz nur eine limitierten Menge an Nährstoffe zugänglich ist. Das untersuchte V. dahliae Protein VdThi4 ist Teil der Thiamin Biosynthese (Vitamin B1). Dieses Mitochondriell lokalisierte Protein ist mit seinen weiteren Funtktionen in den DNA Reparaturmechanismus und die zelluläre Antwort auf oxidativen Stress (induziert durch ROS) eingebunden. Das Fehlen des Proteins führt im Pilz zum Verlust der pathogenen Eigenschaften auf der Wirtspflanze Solanum lycopersicum. Neben Proteinen wichtiger Stoffwechselwege spielen sekretierte Proteine eine große Rolle bei der Wirtsinfektion. Solche Proteine sind der Erste Kontakt zwischen Pathogen und Wirt und werden von beiden Seiten abgesondert. Infektionsversuche an S. lycopersicum zeigten, dass der Pilz das membrangebundene V. dahliae Protein VdPa14_2 für die Wirtspflanzeninfektion benötigt. Dieses Protein scheint die Resistenz gegen oxidativen Stress in der Zelle zu verringern in der Synthese schwarzen Melanins involviert zu sein. Für die Infektion von Wirtspflanzen und die Pathogenität benötigt V. dahliae viele verschiedene Proteine aus verschiedenen Stoffwechelwegen, wie die analysierten Proteine VdThi4 und VdPa14_2, die in der Zelle verschiedene Funktionen haben, aber beide für die Pathogenität des Pilzes benötigt werden. Um ein umfassenderes Bild der Interaktion zwischen Pilz und Pflanze zu bekommen, wurde die Genregulation in V. longisporum untersucht. Hierfür wurde ein Transkriptom erstellt. Es wurden sowohl die spezifisch- als auch die gleich-regulierten Transkripte während der in situ Kultivierung des Pilzes in Xylem­Saft aus Brassica napus, sowie der in vitro Kultivierung in simuliertem Xylem medium (SXM) untersucht. Beide Medien stellten sich während der Analyse als grundverschieden heraus. Das SXM stellt hingegen früherer Annahmen keine Simmulation der in vivo Konditionen innerhalb des vaskulären Systems einer Pflanze dar.