Detailansicht

Efficient screening for virulence factors with mutant pools in the Ustilago maydis – Zea mays pathosystem

Simon Uhse

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)

Betreuer*in

Armin Djamei

Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30432.00756.125089-0

Link zu u:search

(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Biotrophe und filamentöse Pathogene stellen eine substanzielle Gefahr für pflanzliche Erträge dar und verursachen der Landwirtschaft jährlich beträchtliche Verluste. Die Virulenz der Pathogene beruht auf kleinen, sekretierten Molekülen, weitestgehend bekannt als Effektoren. In genomischen Analysen konnte gezeigt werden, dass filamentöse Pathogene große Arsenale an Effektoren haben, von denen die meisten keine bekannten Proteindomänen besitzen, die Aufschluss auf die Funktion der Effektoren geben könnten. Deletionsmutanten von Effektoren, die einen starken Einfluss auf die Virulenz des Pathogens haben, weisen meist auch einen verminderten Virulenzphänotyp auf. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Technik namens „insertion Pool-Sequencing“ (iPool-Seq) entwickelt, die es ermöglicht, effizient und im Hochdurchsatz Effektoren zu identifizieren, die einen Beitrag zur Virulenz leisten. Die Technik ermöglicht die Analyse von Infektionen mit mehreren Pathogenmutanten gleichzeitig und basiert letztendlich auf Hochdurchsatzsequenzierungen von Mutanten Genomen. iPool-Seq ist besonders effizient, wodurch erfolgreich die in der genomischen DNS enthaltenen Sequenzflanken der Insertionskassetten direkt aus dem infizierten Pflanzenmaterial angereichert werden können. In dieser Arbeit wurde iPool-Seq an einer Mutantensammlung des Maispathogens Ustilago maydis getestet und reproduzierbare sowie quantitative auswertbare Sequenzen erhalten. Unter den 28 identifizierten Mutanten, die eine signifikant verminderte Virulenz aufzeigten, konnten 5 bekannte Mutanten verifiziert werden. Das Verfahren istmit jeder Sammlung von Insertionsmutanten kompatibel und könnte zum Beispiel auch für die Entschlüsselung von essentiellen Genen von Mikroben verwendet werden. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Doktorarbeit eine Kategorisierung von möglichen Funktionsweisen von Effektoren vorgeschlagen: Effektoren können auf das Pathogen selbst Auswirkungen haben, oder eine unterdrückende oder aktivierende Funktion innerhalb der Pflanze einnehmen. Die systematische und eindeutige Entschlüsselung von Funktionsweisen der Effektoren in filamentösen Pathogenen ist eines der Hauptherausforderungen im Feld der Pflanzen-Mikroben Interaktionen. Diese funktionellen Analysen geben Aufschluss über potentielle pflanzliche Interaktionspartner, die subzelluläre Lokalisation in der Pflanze und den Beitrag der Virulenz eines Effektors. Bei erfolgreicher und umfassender Analyse der Funktionen von Effektoren kann dieses Wissen zu einer Weiterentwicklung von resistenten Nutzpflanzen eingesetzt werden.

Abstract

(Englisch)

Biotrophic, filamentous plant pathogens are a substantial threat to plant yield and cause immense annual losses in agriculture. Their virulence is promoted by small, secreted molecules, commonly known as effectors. Genomic analysis revealed that filamentous pathogens have large arsenals of effectors, mostly lacking known domains that could indicate their function. Effectors that have a strong impact on virulence likely display a reduced virulence phenotype upon genomic deletion. To test this efficiently and in high-throughput, developed insertion Pool-Sequencing (iPool-Seq) was developed, a tool that allows for the analysis of insertional mutant pool infections by extensive parallel Illumina sequencing. iPool-Seq is extremely sensitive, enabling genomic DNA extractions coupled with efficient enrichment of genome-insertion site junctions directly from in vivo infected host material. iPool-Seq was tested on an insertional mutant library of the maize-pathogen Ustilago maydis, yielding highly reproducible and quantitative results. Among the identified virulence factors, iPool-Seq confirmed five well characterized mutants and identified 23 unknown virulence factors. The iPool-Seq protocol is compatible with any existing insertional mutant library and is a promising tool that is not restricted to effector biology but has the potential to elucidate essential genes of various microbes. Moreover, a functional categorization was proposed, wherein effectors can act as self-modifiers, or either as suppressors, or activators of plant host targets. In future, it is of outstanding interest to decipher effector functions on a genome wide level with high precision. These functional analyses comprise effector host target identification, in planta subcellular localization and contribution of effectors to virulence. This knowledge might foster engineering of more resistant crop varieties in future.

Autor*innen

Simon Uhse

Haupttitel (Englisch)

Efficient screening for virulence factors with mutant pools in the Ustilago maydis – Zea mays pathosystem

Paralleltitel (Deutsch)

Effizientes Screening von Virulenzfaktoren mit Mutanten Pools im Ustilago maydis - Zea mays Pathosystem

Publikationsjahr

2018

Umfangsangabe

106 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Sebastien Duplessis ,

Kai Heimel

Klassifikationen

42 Biologie > 42.03 Methoden und Techniken der Biologie ,

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,

42 Biologie > 42.20 Genetik ,

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie

AC Nummer

AC15199990

Utheses ID

48489

Studienkennzahl

UA | 794 | 685 | 490 |

Detailansicht

Abstracts

Schlagwörter