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Studying effectors from Ustilago maydis - interaction networks and screening for UPR interference
André Melão Alcântara
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
DOI
10.25365/thesis.69406
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30920.15285.815666-5
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Krankheitserreger sezernieren kleine Moleküle, sogenannte Effektoren, um ihre Wirte zu
manipulieren. Es besteht ein enormer koevolutionärer Druck auf die schnelle Anpassung
pathogener Effektome, was zu einer niedrigen Homologie der Effektorproteine führt, selbst
bei eng verwandten Arten. Daher haben Werkzeuge, die allgemein in der Biologie verwendet
werden, um die Proteinfunktion abzuleiten, wie z.B. die Vorhersage funktioneller Domänen,
nur begrenzten Einsatz in Effektorstudien. In dieser Arbeit wurden weitere übergreifende
Merkmale der Effektorbiologie untersucht. Diese sind: die Fähigkeit von Effektoren,
miteinander zu interagieren, um möglicherweise die Vielseitigkeit des Effektoms zu erhöhen,
und die Entwicklung eines Verfahrens zur Identifizierung von Molekülen, die die ungefaltete
Proteinreaktion (UPR) der Pflanze stören.
Komplexe Proteininteraktionsnetzwerke sind Grundlage des effizienten Immunsystems
der Pflanzenum die Immunantworten zu koordinieren und eindringende Krankheitserreger
wahrnehmen und Signalkaskaden aktivieren zu können. Die Effektorforschung konzentriert
sich jedoch hauptsächlich auf die Charakterisierung dieser Moleküle in der Isolierung. In
dieser Arbeit wurde die Möglichkeit der Interaktion von Effektoren mit anderen Effektoren
getestet. Ein systematischer Hefe-Zwei-Hybrid (Y2H)-Screen zeigte eine unerwartete Fülle
von Effektor-Effektor-Interaktionen, zumindest innerhalb des Effektoms von Ustilago
maydis. Nachdem analysiert wurde, wie sich das Interaktionsnetzwerk durch den
Infektionsprozess verändern kann, wurden einige evolutionäre Treiber diskutiert, die die
Effektor-Effektor-Interaktionen stabilisieren können.
Ein weiterer Aspekt der hier untersuchten Effektorbiologie war die zentrale Rolle der
pflanzlichen Proteinsekretion als Teil der Immunabwehr. Während der pathogenen Invasion
überlasten steigende Proteinsekretion die faltende Maschinenfabrik aus dem sekretorischen
Weg. Dies aktiviert die UPR, was wiederum zur effizienten Faltung im endoplasmatischen
Retikulumn und effizienter Proteinsekretion führt die mit der Wirtsabwehr
zusammenhängen, was wiederum diesen Mechanismus zu einem primären Ziel für
pathogene Effektoren macht. Um dies zu untersuchen, wurde eine Hochdurchsatzmethode
zur Identifizierung von Proteinen mit einer Rolle in der pflanzlichen UPR entwickelt. Ein
Testexperiment mit 35 mutmaßlichen Effektoren von U. maydis führte zur Identifizierung
und Validierung eines Proteins, UMAG_05927, welches die UPR in planta beeinträchtigt.
Abstract
(Englisch)
Pathogens secrete small molecules, termed effectors, to manipulate their hosts. There is
enormous co-evolutionary pressure for rapid adaptation of pathogenic effectomes, which
results in low homology of effector proteins, even among closely related species. Therefore,
tools generally used in biology to infer protein function, such as functional domain
prediction, have limited use in effector studies. In this thesis, some overarching features of
effector biology were investigated. These are: the ability of effectors to interact with each
other to increase the versatility of the effectome, and the development of a method to identify
molecules that interfere with plant Unfolded Protein Response (UPR).
Plants rely on intricate interaction networks that perceive invading pathogens and activate
signaling cascades to coordinate immune responses. Effectors have evolved alongside plant
immune systems, yet most effector research focuses on the characterization of these
molecules in isolation. In this work, the possibility of effectors to interact with other effectors
was tested. A systematic yeast-two-hybrid (Y2H) screen showed an unexpected abundance in
effector-effector interactions within the effectome of Ustilago maydis, a model biotrophic
pathogen. After analyzing how the interaction network can change through the infection
process, a few evolutionary drivers that may stabilize effector-effector interactions were
discussed.
Another aspect of effector biology studied here involved the central role of protein
secretion in disease. During a pathogenic invasion, plants rapidly synthesize defense-related
proteins that can overload the folding machinery from the secretory pathway. This activates
UPR, which in turn leads to the upregulation of host defense-related genes, making this
mechanism a prime target for pathogenic effectors. To investigate that, a high-throughput
method to identify proteins with a role in plant UPR was developed. A pilot screen of 35
putative effectors from U. maydis led to the identification and validation of one protein,
UMAG_05927, which reduces UPR signaling in planta.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Plant Pathology Molecular Biology High-throughput effectors
Schlagwörter
(Deutsch)
Pflanzenpathologie Molekularbiologie Hochdurchsatz Effektoren
Autor*innen
André Melão Alcântara
Haupttitel (Englisch)
Studying effectors from Ustilago maydis - interaction networks and screening for UPR interference
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
X, 114 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Andreas Bachmair ,
Jörg Kämper
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC15568719
Utheses ID
53715
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |