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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-98117
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2019/9811/


Verschiedene Gene des Ubiquitin-Proteasom-Systems regulieren Entwicklung und Virulenz im Getreidepathogen Fusarium graminearum

Baermann, Gunnar

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SWD-Schlagwörter: Fusarium graminearum , Ubiquitin , Proteomanalyse , Weizen , Mais , Reaktive Sauerstoffspezies
Freie Schlagwörter (Deutsch): Ubiquitin-Proteasom-Systems
Freie Schlagwörter (Englisch): ubiquitin proteasome system
Basisklassifikation: 42.13
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schäfer, Wilhelm (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 03.05.2019
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 21.06.2019
Kurzfassung auf Deutsch: Der nekrotrophe filamentöse Ascomycet Fusarium graminearum ist ein weltweit vorkommendes Gräserpathogen. Als Erreger von Pflanzenkrankheiten wie der Ährenbleiche wie auch der Kolbenfäule ist er für die Infektion zweier der bedeutendsten Nutzpflanzen der Welt, Weizen und Mais, verantwortlich. Neben den erheblichen ökonomischen Folgen bergen die infizierten und durch Mykotoxine belasteten Nutzpflanzen auch Gefahren für Mensch und Tier. Frühere Arbeiten befassten sich mit den noch weitgehend unbekannten molekularen Mechanismen, die zur Initiierung der Infektion sowie Ausbildung der speziellen Infektionsstrukturen führen. cDNA-Bibliotheken von Laufhyphen, Infektionskissen und in Kultur gewachsenem Myzel lieferten die ersten umfassenden Einblicke in die Genregulationsprozesse während des Infektionsprozesses und zeigten eine hohe Anzahl transkriptionell regulierter Gene des Ubiquitin-Proteasom-System (UPS). Das UPS übernimmt neben der Hauptaufgabe der Ubiquitin-vermittelten Proteindegradation auch wichtige regulatorische Funktionen. Studien des UPS in pathogenen Pilzen sind äußerst selten und der Einfluss des UPS auf die einzelnen Entwicklungsstadien daher nur unzureichend bis gar nicht untersucht.
Die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführte Deletion ausgewählter Gene des UPS mit anschließender Proteom-, Ubiquitom- und Funktionsanalyse der Deletionsmutanten diente der Aufklärung der Rolle des UPS auf Prozesse wie Entwicklung, Wachstum und Infektion von F. graminearum. Erstmals wurde hierfür in einem pflanzenpathogenen Pilz die Kombination aus LC-MS/MS-Proteomanalyse und LC-MS/MS-Ubiquitomanalyse zur Ermittlung des Zusammenhanges zwischen veränderter Proteinexpression und Ubiquitinierungsstatus eines Proteins etabliert. Die deletierten Gene kodieren für die zwei F-Box-Proteine FgBox2 und FgBox4 sowie für das Ubiquitin-konjugierende Enzym FgRAD6. Von den insgesamt 4535 detektierten Proteinen konnten so 2858 als in den Deletionsmutanten signifikant verändert identifiziert werden. Bezogen auf die Proteinabundanz und Proteinexpression zeigten sich erhebliche Unterschiede. So wurden 134 signifikante Proteine in den ΔFgBox4-Mutanten, 659 signifikante Proteine in ΔFgBox2-Mutanten und 2065 signifikante Proteine in den ΔFgRAD6-Mutanten nachgewiesen. Auf Grundlage der Proteom- und Ubiquitomdaten sowie der Charakterisierung der einzelnen Deletionsmutanten war es im Verlauf der Arbeit möglich, mehrere Mechanismen in F. graminearum zu identifizieren, deren Regulation direkt oder indirekt mit Komponenten des UPS assoziiert sind. So ist das F-Box-Protein FgBox2 unter anderem an der Regulation des zellulären Redox-Status beteiligt, was sich in FgBox2-defizienten Mutanten in der Akkumulation von intrazellulären reaktiven Sauerstoffspezies, einer gestörten oxidativen Stressantwort und dem Einbruch der mitochondrialen Respiration äußerte. Trotz der scheinbar unveränderten Morphologie der ΔFgBox4-Mutanten konnte gezeigt werden, dass FgBox4 Einfluss auf die Zellwandarchitektur nimmt und mitverantwortlich ist für die Aufrechterhaltung der Zellwandstabilität unter Stressbedingungen. Neben der Identifizierung von FGSG_12683 als Homolog des RAD6 in S. cerevisiae konnte in den Mutanten erstmals gezeigt werden, dass die Aktivität essentieller Stoffwechselwege wie dem Lipidstoffwechsel direkt in Abhängigkeit zum Ubiquitinierungsstatus der jeweiligen Schlüsselenzyme wie der Acetyl-CoA-Carboxylase steht. Alle Deletionsmutanten zeigten Defizite innerhalb der Reproduktion und Virulenz. Alle aus der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse beschreiben das UPS als ein übergeordnetes regulatorisches System, welches entscheidenden Einfluss auf die Abundanz unterschiedlichster Proteine hat.

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