Universität zu Köln

Linking Endosomal Traffic and PAMP-triggered Immunity in Plants

Salomon, Susanne Anna (2009) Linking Endosomal Traffic and PAMP-triggered Immunity in Plants. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    One of the first layers of active defense in plant-microbe interactions is based upon the recognition of pathogen associated molecular patterns (PAMPs). Although biochemically well studied, components of PAMP signaling await to be identified. Furthermore, emerging data point to a function of endocytosis in signaling (Chinchilla et al., 2007a; Geldner et al., 2007). Here, we conducted reverse and forward genetic approaches to identify components and to elucidate the role of endocytosis in PAMP signaling. Previous successful forward genetic approaches were refined to identify additional components in PAMP signaling (Gomez-Gomez and Boller, 2000). The sensitivity of the response to flg22 by seedling growth inhibition was enhanced by UV-B treatment (Logemann and Hahlbrock, 2002), and by employing a modified seedling growth inhibition assay on plates with reduced flagellin dosis. Arabidopsis thaliana ecotypes were inspected and most insensitive accessions were mutated in FLS2 alleles. Furthermore, screening a ã-irradiation population revealed several fli mutants (for flagellin-insensitive). Notably, only late PAMP responses such as callose deposition, seedling growth arrest and resistance to PtoDC3000 infection were impaired. The tested fli1-8 mutants were not allelic to FLS2 or BAK1, which suggests that yet unknown components of flg22 signaling are affected. While fli mutants were more susceptible to bacterial infection they appear more resistant to the oomycete Hyaloperonospora arabidopsis cv. Cala2. Taken together, potentially novel components involved in late PAMP responses were identified. FLS2 endocytosis is one of the flg22 responses and appears to contribute to flg22 signaling. We therefore tested several knock-out mutants in known endocytosis components for their response to flg22 and bacterial infection. While most mutants displayed wild-type-like flg22 responses, vps28-2, vps37-1, vps28-1 elch, and gnl1-1 exhibited enhanced susceptibility to PtoDC3000 infection. VPS28-2, VPS37-1, and VPS28-1 ELCH are components of the ESCRT I system responsible for sorting ubiquitinated proteins. GNL1 is an ARF GEF regulating vesicle trafficking at the Golgi and PM. To further delineate the role of endocytosis in plant immunity, a genetic screen for novel endocytosis mutants was established. Applying quantitative confocal microscopy 12 fel mutants (for FYVE-GFP endosome levels) with altered endosomal numbers in cotyledons were identified. Two selected mutants, fel4 with an increased endosome number and a few enlarged endosomes and fel5 with a reduced endosome number, were characterized in more detail. Both fel mutants displayed minor developmental defects, which did not co-segregate with the endosomal phenotype, and revealed unaltered endosomal levels in roots. In total, these approaches allowed us to isolate novel components involved in PTI and components regulating endocytosis in Arabidopsis. Map-based cloning will unravel the genetic identity of these mutants and elucidate how endocytosis contributes to immunity.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Eine der ersten Abwehrmechanismen in der Pflanzen-Pathogen-Interaktion basiert auf der Erkennung von Pathogen-assoziierten molekularen Mustern (so genannte PAMPs). Obwohl biochemisch gründlich untersucht, sind viele Komponenten der PAMP Signaltransduktion unbekannt. Zudem deuten vermehrt Studien auf eine Rolle der Endozytose in der Signaltransduktion hin (Chinchilla et al., 2007a; Geldner et al., 2007). In dieser Arbeit wurden reverse und vorwärtsgerichtete genetische Ansätze zur Identifizierung von neuen Komponenten und zur Aufklärung der Rolle der Endozytose in der Signaltransduktion angewandt. Bereits etablierte vorwärtsgerichtete genetische Ansäzze wurden verfeinert, um zusätzliche Komponenten in der PAMP Signaltransduktion zu identifizieren (Gomez-Gomez and Boller, 2000). Dabei wurde die Empfindlichkeit der Keimlinge gegenüber der durch flg22 ausgelösten Inhibierung des Keimlingswachstums auf zwei unterschiedliche Weisen erhöht: (i) durch UV-B Behandlung (Logemann and Hahlbrock, 2002) und (ii) durch Durchführung des Tests auf Platte in Gegenwart geringere Flagellinkonzentration. Arabidopsis thaliana Ökotypen wurden durchgemustert und die meisten insensitiven Ökotypen stellten sich als FLS2 Allele heraus. Weiterhin ergab die Durchmusterung von einer mit gamma-Strahlen mutagenisierten Population mehrere fli Mutanten (für flagellin-insensitiv). Interessanterweise waren nur die späten PAMP Antworten wie die Callose Deposition, die Keimlingswachstumsinhibierung und die Anfälligkeit gegenüber PtoDC3000 beeintächtigt. Die Mutanten fli1-8 wiesen keine Unterschiede zur Wild-typ Sequenz von FLS2 oder BAK1 auf. Dies deutet darauf hin, dass bisher unbekannte Komponenten der flg22 Signalweiterleitung betroffen sein könnten. Während die fli Mutanten erhöhte Anfälligkeit gegenüber bakterieller Infektion aufwiesen, schienen sie resistenter gegenüber einer Infektion mit dem Oomyceten Hyaloperonospora arabidopsis cv. Cala2 zu sein. FLS2 Endozytose stellt nicht nur eine der flg22 Antworten dar, sondern scheint auch an der flg22 Signalweiterleitung beteiligt zu sein. Daher wurden verschiedene knock-out Mutanten in bekannten Endozytose Komponenten auf ihre flg22 Antworten und auf ihre Anfälligkeit gegenüber Bakteriern untersucht. Die meisten Mutanten zeigten Wildtyp-ähnliche flg22 Antworten, während vps28-1, vps37-1, vps28-1 elch und gnl1-1 eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber PtoDC3000 Infektion zeigten. VPS28-1, VPS37-1, und VPS28-1 ELCH sind Komponenten des ESCRT I Systems, welches für den Transport von mit Ubiquitin markierten Proteinen verantwortlich ist. GNL1 ist ein ARF GEF, der Vesikeltransport am Golgi und der Plasmamembran reguliert. Um die Rolle der Endozytose in der pflanzlichen Immunabwehr weiter aufzuklären, wurde ein genetisches Durchmusterungsverfahren für neue Endozytosemutanten etabliert. Durch die Anwendung quantitativer konfokaler Mikroskopie konnten 12 fel Mutanten (für FYVE-GFP endosome levels) mit veränderten Endosomenzahlen in Kotelydonen identifiziert werden. Zwei dieser Mutanten, fel4 mit erhöhter Anzahl und teilweise vergrößerten Endosomen sowie fel5 mit reduzierter Anzahl an Endosomen, wurden näher charakterisiert. Beide fel Mutanten zeigten leichte Defekte in ihrer Entwicklung, die nicht mit dem Endosomen Phänotyp ko-segregierten, und Wildtyp-ähnliche Anzahl an Endosomen in den Wurzeln. Zusammenfassend erlaubten uns diese Ansätze neue Komponenten in der PAMP-vermittelten Immunabwehr sowie Komponenten der Endozytoseregulation in Arabidopsis zu identifizieren. Die Kartierung der Mutanten sollte ihre genetische Identifizierung und neue Einblicke in die Rolle der Endozytose in der Immunabwehr ermöglichen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Salomon, Susanne Annasalomon@mpiz-koeln.mpg.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-28153
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    pflanzliche Immunabwehr , Endozytose , PTI , FLS2 , FYVEGerman
    plant immunity , endocytosis , PTI , FLS2 , FYVEEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > MPI für Züchtungsforschung
    Language: English
    Date: 2009
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 28 June 2009
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 07 Sep 2009 11:04:41
    Referee
    NameAcademic Title
    Schulze-Lefert, PaulProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2815

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