Signaltransduktion bei der Induktion der Konidien-Keimung von Botrytis cinerea
Final Report Abstract
Das DFG-geförderte Projekt betraf die Untersuchung der Signaltransduktion bei der Konidien-Keimung von Botrytis cinerea. In vorangehenden Arbeiten waren drei zur Keimung führende Signalwege identifiziert worden, die durch verschiedene physikalische und chemische Signale aktiviert werden. Zwei dieser Signalwege wurden in diesem Projekt vertieft analysiert, nämlich die Keimung auf hydrophoben Oberflächen in Abwesenheit von Nährstoffen (‚hydrophobe Keimung‘) einerseits, und die Keimung auf harten Oberflächen in Anwesenheit von Zuckern (‚zuckerinduzierte Keimung‘) andererseits. Neben der MAPK BMP1 konnten weitere essenzielle Komponenten des MAP-Kinase-Signalwegs für die hydrophobe Keimung identifiziert werden. Dagegen wird der ‚downstream‘ von der MAPK- Kaskade angeordnete Transkriptionsfaktor Ste12 zwar für die Bildung funktioneller Appressorien, nicht aber für die Keimung benötigt. Verschiedene Ansätze zu einem näheren Verständnis der molekularen Mechanismen der hydrophoben Keimung wurden verfolgt, darunter die Rasterkraftmikroskopie und die Erzeugung von Hydrophobin-defekten Mutanten. Leider wurden mit keinem der beiden Ansätze klare Fortschritte erzielt. Die Perzeption physikalischer Oberflächenreize ist Voraussetzung nicht nur für die Keimung sondern auch für die Appressorienbildung. Alle Mutanten in der MAPK-Kaskade, und eine Mutante in dem putativen Oberflächen-Sensorprotein Msb2 sind auf einer harten Oberfläche unfähig zur Appressorienbildung. Wir haben experimentelle Hinweise dafür, dass Msb2 für die Perzeption der Oberflächenhärte durch die Keimschläuche verantwortlich ist. Eine Evidenz dafür ist die Regulation des Cutinase Gens cutB, dessen Expression vom Vorhandensein von cuticulären Lipiden plus einer harten Oberfläche, und zusätzlich von BMP1 und Msb2 abhängig ist. Der Mechanismus der Erkennung harter Oberflächen, und der von Msb2 über BMP1 bis zu cutB (und anderen Genen) führende Signalweg ist das Thema weiterer, bereits laufender Untersuchungen. Das Plasmamembran-Protein Sho1 übt bei Hefe z.T. gemeinsame regulatorische Funktionen wie Msb2 aus. Im Unterschied zu Msb2 ist Sho1 bei B. cinerea aber nicht an der Oberflächenperzeption der Keimschläuche und der frühen Phasen der Infektion beteiligt, dafür aber essenziell für die Bildung von Sekundärläsionen. Obwohl dies ursprünglich keineswegs erwartet worden ist, eröffnet dieses Ergebnis nun einen hochinteressanten experimentellen Zugang zum Verständnis der späteren Phasen der Infektion. Um einen Einblick in die genomweiten Änderungen der Genexpression während der Konidienkeimung zu erhalten, wurden Microarray-basierte Transkriptomanalysen von keimenden Sporen durchgeführt. Die größten Änderungen der Genexpression zeigten sich innerhalb der ersten Stunde, wenn die Sporen in Vorbereitung der Keimung anschwellen. Dabei kommt es zur Aktivierung und Deaktivierung einer Vielzahl von Genen. Ein überproportionaler Anteil der während der Keimung induzierten Gene kodiert für sekretierte Proteine und steht unter der Kontrolle der BMP1-MAP-Kinase. Die keimungsspezifische Expression einiger ausgewählter Gene wurde mit qRT-PCR bestätigt. Mit Hilfe von Promotor-GFP Reporterstämmen, unter Verwendung eines für B. cinerea codon-optimierten GFP-Gens, konnte die Induktion mehrerer Gene in lebenden Einzelsporen während der Keimung verfolgt werden.
Publications
- (2010). The role of mitogen-activated protein (MAP) kinase signalling components and the Ste12 transcription factor in germination and pathogenicity of Botrytis cinerea. Molecular Plant Pathology 11: 105-119
Schamber A, Leroch M, Diwo J, Mendgen K, Hahn M
- (2011). Lack of evidence for a role of hydrophobins in conferring surface hydrophobicity to conidia and hyphae of Botrytis cinerea. BMC Microbiology 11:10
Mosbach A, Leroch M, Mendgen KW, Hahn M
- (2011). Living colors in the gray mold pathogen Botrytis cinerea: Codon-optimized genes encoding green fluorescent protein and mCherry, which exhibit bright fluorescence. Applied Environmental Microbiology 77: 2877-2897
Leroch M, Mernke D, Koppenhoefer D, Schneider P, Mosbach A, Doehlemann G, Hahn M
