Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2908
Authors: Jacob, Stefan
Title: Untersuchungen zur Bedeutung von Histidinkinasen in Magnaporthe oryzae und zum Wirkmechanismus des Fungizids Fludioxonil
Online publication date: 10-Nov-2014
Language: german
Abstract: Das aus wissenschaftlicher und ökonomischer Sicht wichtigste Pflanzenpathogen M. oryzae entwickelte im Laufe der Evolution konservierte aber auch einzigartige Mechanismen zur Signaltransduktion. Das Erforschen dieser Mechanismen und Prozesse ist essenziell für das Verständnis von Differenzierungsprozessen bei der Pathogen-Wirt-Interaktion.rnIm ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde der Signalweg zur Osmoregulation, der â High Osmolarity Glycerolâ (HOG)-Signalweg, erstmals anhand physiologischer Experimente in entsprechenden Mutantenstämmen in M. oryzae untersucht. Dabei konnten klare Unter-schiede zum HOG-Signalweg von S. cerevisiae aufgezeigt werden. rnDas in M. oryzae bisher noch nicht beschriebene Gen MoYPD1, welches das Phosphotransferprotein MoYpd1p kodiert, wurde erfolgreich inaktiviert. Diese Inaktivierung ist in S. cerevisiae und vielen anderen Pilzen letal und resultierte bei M. oryzae in einer apathoge¬nen Albinomutante, deren Konidiogenese gestört ist. Insbesondere die Funktion des Phosphotransferproteins MoYpd1p, sowohl im Phosphorelaysystem des HOG-Signal¬wegs als auch im Wirkmechanismus des Fungizids Fludioxonil, konnte eindeutig mittels Y2H- und Western Blot-Analysen nachgewiesen werden.rnEs wurden entscheidende Fortschritte für das Verständnis des Aufbaus und der Funktion des HOG-Signalwegs sowohl als physiologisches Regulationssystem für Umweltreize als auch als Fungizidtarget im Pflanzenschutz erzielt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Zweikompo-nenten-Hybrid-Histidinkinase (HIK) MoSln1p als Signalsensor für Salzstress und MoHik1p als Signalsensor für Zuckerstress fungiert. Die Beteiligung der Histidinkinasen MoHik5p und MoHik9p als Sensorproteine für Hypoxie im HOG-Signalweg ist durchaus denk¬bar und wurde durch erste Ergebnisse bekräftigt. rnSo konnte der HOG-Signalweg in mehreren Modellen dargestellt werden. Die Modelle der Signalerkennung und â transduktion von osmotischem Stress, von Hypoxie und der Wirkmecha¬nismus von Fludioxonil wurden erstmals in diesem Umfang für M. oryzae ausgearbei¬tet.rnDer zweite Teil dieser Arbeit repräsentiert die erste umfassende Untersuchung aller zehn HIK-codierender Gensequenzen, die im Genom von M. oryzae identifiziert werden konnten. Diese Signalproteine waren bisher noch nicht Gegenstand wissenschaftlicher Studien. Die Untersuchung beginnt mit einer phylogenetischen Einordnung aller untersuchten Proteinsequen¬zen in die verschiedenen Gruppen von Histidinkinasen in Pilzen. Eine ausführli-che phänotypische Charakterisierung aller HIK-codierender Gene folgt und wurde anhand von Mutanten durchgeführt, in denen diese Gene einzeln inaktiviert wurden.rnDie Beteiligung von MoHik5p und MoHik9p als mögliche Sauerstoffsensoren im HOG-Signal-weg konnte dokumentiert werden und die anschließenden Western Blot-Analysen bestätig¬ten erstmals die Aktivierung des HOG-Signalwegs bei hypoxieähnlichen Zuständen.rnDes Weiteren wurden mit MoHik5p und MoHik8p zwei neue Pathogenitätsfaktoren in M. oryzae identifiziert. Die apathogenen Mutantenstämme Î Mohik5 und Î Mohik8 sind in der Konidiogenese gestört und nicht in der Lage Appressorien zu differenzieren. Der Einsatz dieser Proteine als Fungizidtarget im protektiven Pflanzenschutz in der Zukunft ist somit denk-bar.rn
The filamentous fungus M. oryzae is from a scientific and economic perspective the most important plant pathogen. The fungus developed in the course of evolution preserved, but also unique mechanisms for signal transduction. Exploring these mechanisms is essential for understanding the differentiation processes in host-pathogen interactions.rnIn the first part of this thesis, the signalling pathway for osmoregulation called the "high osmolarity glycerol" (HOG) pathway, was examined on the basis of physiological experiments in gene inactivation mutants. Distinct differences between the HOG pathway of M. oryzae and S. cerevisiae could be demonstrated. A previously unknown homologue to yeast YPD1 was identified in the genome of the rice blast fungus and named MoYPD1. Whereas inactivation of YPD1 is lethal in S. cerevisiae and other fungi, gene inactivation of MoYPD1 in M. oryzae is dispensible for vitality but appears to be essential for conidiation, osmoregulation and the fungicidal activity of fludioxonil. In particular, the function of the phosphotransfer protein MoYpd1p in the phosphorelay system of the HOG signalling pathway and in the mechanism of action of the fungicide fludioxonil was shown by Y2H analysis, western blot analysis and by characterization of gene inactivation mutants.rnThis study provides a substantial progress in understanding the structure and function of the HOG pathway as a physiological regulatory system for environmental stimuli as well as a fungicide target in plant protection. It could be shown that the two-component hybrid histidine kinase (HIK) MoSln1p acts as a signal sensor for salt stress and MoHik1p has functions in signalling of sugar stress. The involvement of the histidine kinases MoHik5p and MoHik9p as sensor proteins for hypoxia is quite conceivable and was confirmed by preliminary results. Thus, the HOG pathway could be shown in several models. The models of signal detection and transduction of osmotic stress, hypoxia and the mechanism of action of fludioxonil were elaborated for the first time to this extent in M. oryzae.rnThe second part of this work represents the first comprehensive examination of all ten HIK-encoding gene sequences that were identified in the genome of M. oryzae. The investigation begins with a phylogenetic classification of the protein sequences in the different groups of already known histidine kinases in fungi. A detailed phenotypic characterization of all HIK-encoding genes follows and was carried out on mutants in which these genes have been inactivated individually. The involvement of MoHik5p and MoHik9p as possible oxygen sensors in the HOG signalling pathway could be documented and the subsequent western blot analysis confirmed an activation of the HOG pathway under hypoxic states.rnFurthermore, the HIKs MoHik5p and MoHik8p were found to be required for pathogenicity of the fungus. It was found that the mutant strains Î Mohik5 and Î Mohik8 both show abnormal conidia morphology and furthermore Î Mohik5 is unable to form appressoria. As a consequence, the HIKs MoHik5p and MoHik8p appear to be essential for pathogenicity since the mutants fail to infect rice plants. The use of these proteins as new targets in crop protection is thus conceivable.rn
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2908
URN: urn:nbn:de:hebis:77-38842
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 142 Bl.
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