| dc.contributor.advisor | Liebe, Sebastian Dr. | |
| dc.contributor.author | Müllender, Maximilian | |
| dc.date.accessioned | 2022-07-20T11:55:58Z | |
| dc.date.available | 2022-07-27T00:50:21Z | |
| dc.date.issued | 2022-07-20 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14167 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9311 | |
| dc.description.abstract | Beta vulgaris | de |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 630 | de |
| dc.title | Molecular causes for symptom expression of beet necrotic yellow vein virus in Beta vulgaris | de |
| dc.type | cumulativeThesis | de |
| dc.contributor.referee | Varrelmann, Mark Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2022-05-30 | de |
| dc.description.abstractger | Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV) löst Rizomania aus, die wichtigste Viruserkrankung
im Zuckerrübenanbau. Typische Symptome einer Rizomania Erkrankung ist ein verkleinerter
Rübenkörper, Vergilbung und Nekrose entlang der Blattadern und, besonders
charakteristisch, die so genannte Wurzelbärtigkeit, eine massive Proliferation der
Seitenwurzeln. Der Hauptteil dieser Arbeit, war die Untersuchung der, durch BNYVV
ausgelösten Wurzelbärtigkeit auf molekularer Ebene. Die Wurzel-Organogenese ist unter
anderem durch den Auxin-vermittelten Abbau von Aux/IAA-Transkriptionsrepressoren
reguliert. In diesen Mechanismus greift BNYVV, genauer der Pathogenitätsfaktor p25 ein,
indem er mit BvIAA28 (AUX28) interagiert einem Aux/IAA Protein aus Beta vulgaris, welches
an der Initiation der Wurzelentwicklung beteiligt ist. Vorherige Arbeiten, die die Interaktion
von p25 mit BvIAA28 charakterisiert haben, zeigen, dass p25 die nukleare Lokalisierung von
BvIAA28 hemmt. Da Aux/IAA Proteine direkt an der DNA lokalisiert sein müssen, um die
Transkription zu regulieren, können diese Proteine im Zytoplasma nicht mehr als
Transkriptionsrepressoren agieren. Dadurch kommt es zu einer übermäßigen Initiation der
Seitenwurzeln und schlussendlich zu einem Wurzelbart. Es war jedoch bislang nicht klar, ob
p25 auch mit anderen Aux/IAA-Proteinen interagiert. Mit Hilfe von bioinformatischen Tools
wie auch In-vitro- und In-vivo Proteininteraktionsansätzen konnten wir zeigen, dass p25
zusätzlich mit BvIAA2 und BvIAA6 interagiert. Darüber hinaus haben wir bestätigt, dass die
BNYVV-Infektion tatsächlich mit einem erhöhten Auxinlevel in infizierten Seitenwurzeln
einhergeht. Dennoch blieben die Expressionsniveaus von BvIAA2, BvIAA6 und BvIAA28 nach
einer BNYVV-Infektion unverändert, obwohl sie durch ein erhöhten Auxinlevel hochreguliert
werden müssten. Mutationsanalysen zeigten, dass die Interaktion von p25 mit BvIAA2 oder
BvIAA6 Proteine in voller Länge erfordert, selbst der Austausch einzelner Aminosäuren führt
zu einem Interaktionsverlust. Im Gegensatz zur Interaktion zwischen p25 und BvIAA28, die
zu einer Veränderung der Lokalisation von BvIAA28 ins Zytoplasma führt, blieben sowohl
BvIAA2 als auch BvIAA6 unabhängig von der Anwesenheit von p25 auf den Zellkern
beschränkt, was auf ihre Stabilisierung durch die Interaktion mit p25 hindeutet. Die
heterologe Expression der Interaktionspartner von p25 (BvIAA2, BvIAA6 und BvIAA28) in
Nicotiana benthamiana führte zu einem Auxin-unempfindlichen Phänotyp, der durch
Zwergwuchs und eine drastisch reduzierte Entwicklung der Seitenwurzeln gekennzeichnet
ist. Diese Arbeit bestätigt, dass BNYVV in den Auxin-Signalweg der Zuckerrübe eingreift und
somit den Wurzelbart induziert. Außerdem konnten zwei zusätzliche Interaktionspartner von
p25 identifiziert werden, BvIAA2 und BvIAA6, die aber scheinbar auf andere Weise als
BvIAA28 mit p25 interagieren.
Ein weiterer Teil dieser Arbeit war die Untersuchung eines der BNYVV-Pathotypen.
Insgesamt sind vier verschiedene BNYVV-Pathotypen bekannt, der A-, B-, P- und J-Typ. Diese
Typen unterscheiden die sich in ihrer RNA Sequenzen und dem Verbreitungsgebiet. Alle
Typen haben vier RNAs, bis auf der P- und J-Typ. Sie besitzen eine fünfte RNA, auf der p26
codiert ist, ein Pathogenitätsfaktor, der vermutlich für eine Symptomverstärkung in der
Zuckerrübe verantwortlich ist. Aktuell wird Rizomania durch zwei Resistenzgene, Rz1 und
Rz2 kontrolliert allerdings haben sich aufgrund eines starken Selektionsdrucks bereits Rz1-
resistente Varianten des A- und P-Typs auf dem Feld verbreitet. Die Eingeschalten des A Typs im Bezug auf Symptomausprägung und Resistenzbruch wurden bereits eingehend
mithilfe eines infektiösen cDNA Klons untersucht, doch alle Ergebnisse über den P-typ
wurden bisher lediglich über natürliche Infektion mit infektiösem Boden oder über
Reassortanten mit dem A-Typ generiert. Daher war es ein Hauptziel dieser Studie einen
infektiösen cDNA Klon des P-Typs zu generieren und die Sachverhalte erneut unter
kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. Nachdem die Infektiosität des Klons in Beta
vulgaris, Nicotiana benthamiana und Beta macrocarpa mit einer mechanischen
Inokulationsmethode nachgewiesen wurde, untersuchten wir die resistenzbrechenden
Eigenschaften dieses Klons von Rz1 und Rz2, den Einfluss von RNA5 und den durch den P-Typ
verursachten Wurzel und Blatt Phänotyp. Obwohl die Inokulationsversuche mit dem P-Typ
zeigten, dass die Blattsymptome stärker ausgeprägt waren als beim A-Typ, waren keine
Unterschiede in der Entwicklung des Wurzelbarts feststellbar. Wir konnten zeigen, dass der
P-Typ die Rz1-Resistenz überwinden kann, nicht aber die Rz2-Resistenz.
Reassortantenversuche zeigten, dass RNA5 nicht für die resistenzbrechenden Eigenschaften
des P-Typs verantwortlich ist, dessen Vorhandensein jedoch zu einer höheren Infektionsrate
von Rz1-resistenten Zuckerrüben führt. Zusätzlich konnte mit einem in-silico Vergleich aller
BNYVV Typen und Reassortanten mit dem A-Typ eine nahe Verwandtschaft des A- und P-Typ
bewiesen und neue Erkenntnisse über die evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen
gesammelt werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass infektionsfördernde
Eigenschaften von RNA5 des P-Typs nachgewiesen werden konnten, allerdings nicht in Bezug
auf die Ausprägung von Wurzelsymptomen, sondern in Bezug auf die Infektionsrate bei Rz1
resistenten Pflanzen und wie auch die Ausprägung von Blattsymptomen. | de |
| dc.description.abstracteng | Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV) is the causal agent of rhizomania, the most
important viral disease in sugar beet cultivation. Typical symptoms of rizomania disease is a
reduced taproot, yellowing and necrosis along the leaf veins and, particularly characteristic,
the so-called root beard, a massive proliferation of the lateral roots. A main part of this study
was the investigation of root beard development, induced by BNYVV, at the molecular level.
Root organogenesis is regulated by auxin-mediated degradation of Aux/IAA transcriptional
repressors. BNYVV, more specifically pathogenicity factor p25, interferes with this
mechanism by interacting with BvIAA28 (AUX28) an Aux/IAA protein from Beta vulgaris
involved in the lateral root initiation. Previous works characterized the interaction of p25
with BvIAA28 and showed that p25 inhibits the nuclear localization of BvIAA28. Since
Aux/IAA proteins must localize directly at the DNA to regulate gene transcription, these
proteins can no longer act as transcriptional repressors in the cytoplasm which results in
excessive lateral root initiation and leads to a root beard. However, it was not clear whether
p25 also interacts with other Aux/IAA proteins. Using bioinformatic tools as well as in-vitro
and in-vivo protein interaction approaches, we demonstrated that p25 additionally interacts
with BvIAA2 and BvIAA6. Furthermore, we confirmed that BNYVV infection is indeed
associated with an increased auxin level in infected lateral roots. Nevertheless, the
expression levels of BvIAA2, BvIAA6, and BvIAA28 remained unchanged after BNYVV
infection, although they should be upregulated by increased auxin levels. Mutational
analyses revealed that the interaction of p25 with BvIAA2 or BvIAA6 required full-length
proteins, as even single amino acid residue substitutions abolished the interactions. In
contrast to the interaction between p25 and BvIAA28, which results in redistribution of
BvIAA28 to the cytoplasm, both BvIAA2 and BvIAA6 remained confined into the nucleus
regardless of the presence of p25, suggesting their stabilization through interaction with
p25. Heterologous expression of the p25-interacting partners (BvIAA2, BvIAA6, and BvIAA28)
in Nicotiana benthamiana resulted in an auxin-insensitive phenotype characterized by plant
dwarfism and dramatically reduced lateral root development. This work confirms that
BNYVV interferes with the auxin signaling pathway in sugar beet, inducing the root beard.
Furthermore, two additional interaction partners of p25 could be identified, BvIAA2 and
BvIAA6, but as they seem to interact with p25 in a different way than BvIAA28.
Another part of this work was the investigation of one of the BNYVV pathotypes. A total of
four different BNYVV pathotypes are known, the A-, B-, P- and J-type. These types differ in
their RNA sequences and the area of distribution. All types have four RNAs, except for the P and J-type. The have a fifth RNA, encoding p26 which is probably responsible for symptom
enhancing in sugar beet. Currently, rizomania is controlled by two resistance genes, Rz1 and
Rz2, but due to strong selection pressure, Rz1-resistant A- and P-type variants have already
spread in the field. The mechanisms of the A-type in terms of symptom expression and
resistance breaking have already been studied in detail using an infectious cDNA clone, but
all results of the P-type relied on natural infection with infectious soil or reassortants with
the A-type. Therefore, a major objective of this study was to generate an infectious cDNA
clone of the P-type and re-examine the facts. After demonstrating the infectivity of the clone
in Beta vulgaris, Nicotiana benthamiana, and Beta macrocarpa using mechanical inoculation,
we investigated the resistance-breaking properties of this clone of Rz1 and Rz2, the impact
of RNA5, and the phenotype caused by the P-type under controlled greenhouse conditions.
Although inoculation experiments with the P-type showed that leaf symptoms were more
severe, compared to the A-type, no differences in root beard development were detectable.
We demonstrated that the P-type overcomes Rz1 resistance, but not Rz2 resistance.
Reassortant experiments revealed that RNA5 is not responsible for the resistance-breaking
properties of the P-type, but its presence leads to a higher infection rate of Rz1-resistant
sugar beets. In addition, an in-silico comparison of all BNYVV types and reassortants with the
A-type proved a close relationship of the A- and P-type and provided new insights into
evolutionary relationships. In summary, infection-promoting properties of P-type RNA5 were
demonstrated, but not in relation to the expression of root symptoms, but in relation to the
infection rate of Rz1-resistant plants and the development of foliar symptoms. | de |
| dc.contributor.coReferee | Scholten, Stefan Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Djamei, Armin Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | beet necrotic yellow vein virus | de |
| dc.subject.eng | protein-protein interaction | de |
| dc.subject.eng | p25 | de |
| dc.subject.eng | auxin | de |
| dc.subject.eng | plant virology | de |
| dc.subject.eng | Aux/IAA | de |
| dc.subject.eng | phytohormone | de |
| dc.subject.eng | Rz1 | de |
| dc.subject.eng | Rz2 | de |
| dc.subject.eng | resistance-breaking | de |
| dc.subject.eng | virus evolution | de |
| dc.subject.eng | P-type | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14167-4 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Agrarwissenschaften | de |
| dc.subject.gokfull | Land- und Forstwirtschaft (PPN621302791) | de |
| dc.description.embargoed | 2022-07-27 | de |
| dc.identifier.ppn | 1811304915 | |
| dc.identifier.orcid | 0000-0001-5278-3674 | de |
| dc.notes.confirmationsent | Confirmation sent 2022-07-20T12:15:01 | de |