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Towards the identification of Verticillium effector molecules involved in host plant developmental reprogramming

dc.contributor.advisorLipka, Volker Prof. Dr.
dc.contributor.authorThole, Karin
dc.date.accessioned2016-05-26T08:21:58Z
dc.date.available2016-11-30T23:50:07Z
dc.date.issued2016-05-26
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0028-8762-5
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-5662
dc.description.abstractDie Infektion von Arabidopsis thaliana Col-0 Pflanzen mit dem Verticillium longisporum Isolat VL43 und dem Verticillium dahliae Isolat VdJR2 resultiert in klar zu unterscheidenden Krankheitssymptomen, wie die verfrühte Seneszenz (early senescence) bzw. die Welke (wilting). Um herauszustellen ob VL43- und VdJR2-ähnliche Infektionssymptome Spezies-spezifische Merkmale sind, wurde eine Verticillium Stammkollektion, bestehend aus 21 amphihaploiden V. longisporum und 46 haploiden V. dahliae Isolaten systematisch analysiert und kategorisiert in Bezug auf die Induktion von Krankheitssymptomen auf den A. thaliana Ökotyp Col-0. Die Analysen ließen die Klassifizierung von drei unterschiedlichen Interaktionsklassen zu: „early senescence”, „wilting” und „asymptomatic”. Für die detaillierte Charakterisierung der Interaktionsklassen „early senescence” und „wilting” wurden Verticillium Isolate gewählt, die auf robuste Weise diese Infektionssymptome induzieren. Diese wurden untereinander in Bezug auf ihre Fähigkeit innerhalb der Pflanze zu proliferieren und entwicklungsorientierte Veränderungen innerhalb der Blattvaskulatur der Pflanze zu induzieren verglichen. Die Analysen zeigten, dass Isolate der „wilting“ Interaktionsklasse eine erhöhte Lignifizierung der Xylemzellwände in Blättern auslösen. Im Gegensatz dazu induziert die Infektion mit Isolaten der „early senescence“ Interaktionsklasse die verfrühte Seneszenz der Pflanze, sowie eine entwicklungsorientierte Umprogrammierung der Blattvaskulatur. Interessanterweise stellen entwicklungsorientierte Veränderungen der Blattvaskulatur eine generelle Antwort von Wirtspflanzen auf diese Verticillium Interaktionsklasse dar, da dieses Symptom ebenso in Nicotiana benthamiana, eine Solanaceae Spezies, induziert wird. Somit wurde postuliert, dass Isolate der Interaktionsklasse „early senescence“ spezielle pilzliche Effektormoleküle besitzen, die diese Infektionssymptome auslösen. Um potentielle pilzliche Effektormoleküle zu identifizieren, die spezifisch für die „early senescence” Interaktionsklasse sind, wurden vergleichende Genomsequenzanalysen mit haploiden V. dahliae Isolaten der drei Interaktionsklassen durchgeführt. Die Daten deuteten auf Sequenzen hin, die in der „early senescence” Interaktionsklasse existieren, aber nicht in den Genomen von Isolaten der „wilting” und „asymptomatic” Interaktionsklassen vorkommen und somit möglicherweise Gene für pilzliche Effektoren beherbergen, die in der Symptomentwicklung der verfrühten Seneszenz eine Rolle spielen. Darüberhinaus wurden vergleichende in planta Transkriptomanalysen mit V. dahliae Isolaten durchgeführt, die Welke oder verfrühte Seneszenz auslösen. Hierbei wurden pilzliche Gene identifiziert, die im Vergleich zur „wilting“ Interaktionsklasse eine erhöhte Transkriptmenge in der Interaktionsklasse “early senescence” aufwiesen. Aus dieser Gruppe von Genen wurden Effektorkandidaten ausgewählt. Bemerkenswerterweise war unter den hochregulierten Effektormolekülen eine Ligninase, CEL, die möglicherweise Lignin hydrolysiert und somit einen Einfluss auf die Unterschiede der Lignifizierungsmenge von Xylemzellwänden hat. Die Gene zweier Kandidateneffektoren, CEL und CE1, wurden bezüglich ihrer Promotersequenzen zwischen den Isolaten der zwei Interaktionsklassen untersucht. Nennenswerterweise wurden keine eindeutigen Sequenzunterschiede in den Promoterregionen der drei Kandidatengene gefunden, die ihre differentielle Expression zwischen der „wilting“ und „early senescence“ Interaktionsklasse erklären würden. Somit wurde angenommen, dass die Expression dieser Gene epigenetisch kontrolliert wird.de
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleTowards the identification of Verticillium effector molecules involved in host plant developmental reprogrammingde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeLipka, Volker Prof. Dr.
dc.date.examination2016-05-04
dc.description.abstractengInfections of Arabidopsis thaliana Col-0 plants with the Verticillium longisporum isolate VL43 and the Verticillium dahliae isolate VdJR2 results in clearly distinguishable disease symptoms, which are characterized by early senescence or plant wilting phenotypes, respectively. To elucidate whether VL43- and VdJR2-like infection symptoms are pathogen species-specific features, a Verticillium strain collection, composed of 21 near-diploid V. longisporum and 46 haploid V. dahliae isolates was systematically analysed in this study and categorized with regard to disease symptom induction on A. thaliana wildtype accession Col-0. These analyses allowed the classification of three different interaction classes: “early senescence”, “wilting” and “asymptomatic”. For in-depth characterization, Verticillium isolates which robustly induced disease symptoms in the “early senescence” and the “wilting” interaction class were selected. The strains were compared with respect to in planta proliferation and pathogen-induced developmental changes. These analyses showed that strains of the “wilting” interaction class cause enhanced lignification of leaf xylem cell walls. Contrarily, strains of the “early senescence” interaction class trigger developmental reprogramming in the leaf vasculature and induce early senescence. Interestingly, developmental reprogramming in the leaf vasculature represents a common host plant response as this symptom was also induced on Nicotiana benthamiana, a Solanaceae species. Thus, it was conceivable to postulate that interaction class-specific fungal effector molecule repertoires underlie the early senescence plant response. In order to identify potential “early senescence” interaction class-specific fungal effector molecules, comparative genome sequence analyses were conducted with haploid V. dahliae isolates of the three interaction classes. These data indicated that “early senescence” interaction class-specific sequences exist which are absent in genomes of isolates of the “wilting” and “asymptomatic” interaction class and thus, potentially harbor fungal effector genes involved in “early senescence” interaction class-specific disease symptom induction. Moreover, comparative in planta transcriptome studies were performed with V. dahliae isolates inducing wilting or early senescence symptoms and identified genes with a higher transcript abundance in the V. dahliae isolates of the “early senescence” interaction class compared with the “wilting” interaction class. From this group candidate effector genes were selected. Remarkably, the potential effector molecule repertoire included a ligninase, CEL, which possibly hydrolyzes lignin and influences the differences of xylem cell wall lignification observed between the “wilting” and “early senescence” interaction class. Two candidate effector genes, CEL and CE1, were selected for comparison of the promoter sequences between V. dahliae isolates of the two interaction classes. Noteworthy, promoter sequence investigations did not indicate interaction class-specific nucleotide differences which may explain the differential expression of CEL and CE1 in the “wilting” and the “early senescence” interaction classes. Hence, the results lead to the hypothesis that expression of these genes is epigenetically controlled.de
dc.contributor.coRefereeTeichmann, Thomas PD Dr.
dc.subject.engVerticilliumde
dc.subject.engArabidopsisde
dc.subject.engEffector proteinsde
dc.subject.engTransdifferentiationde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0028-8762-5-9
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.description.embargoed2016-11-30
dc.identifier.ppn859848736


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