Universität zu Köln

Paired NLR receptors: Interplay of RPS4 and RRS1 in Arabidopsis immunity

Coerdt, Anne (2015) Paired NLR receptors: Interplay of RPS4 and RRS1 in Arabidopsis immunity. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Plants have evolved intracellular NLR receptors to recognize pathogen effectors and trigger a robust immune response (ETI). The Arabidopsis NLR gene pair RPS4 (Resistance to Pseudomonas syringae 4) and RRS1 (Resistance to Ralstonia solanacearum 1) cooperates genetically and physically to recognize, amongst others, the Pseudomonas syringae effector AvrRps4. A second RPS4/RRS1-like gene pair (RPS4b/RRS1b) contributes to AvrRps4 recognition. Transient or stable overexpression of RPS4, but not RRS1 induces immunity, and RPS4, but not RRS1 depends on a canonical ATP-binding pocket for its function. Also, RRS1 interacts with both RPS4 and pathogen effectors, suggesting a model where RRS1 as a sensor recognizes effectors and conveys the information to the executor RPS4, releasing it from RRS1 negative regulation to trigger immunity. However, RRS1 contributes to effector-independent autoimmunity in RPS4 overexpressing Arabidopsis, indicating an additional positive regulatory function apart from the suggested effector sensing. The work presented here re-evaluates the role of RRS1 in RPS4 induced signaling. In the absence of both RRS1a and RRS1b, RPS4 autoimmunity such as plant stunting and transcriptional reprogramming is decreased. Also, RPS4 protein accumulation is substantially reduced without RRS1, suggesting RRS1 positively contributes to RPS4 induced signaling by stabilizing RPS4 to allow sufficient immune complex formation. To gain insight into these RPS4-associated immune complexes and to connect RPS4 activation with defense outputs like cell death and transcriptional reprogramming, RPS4 co-purified proteins in pre- and post-activation complexes were analyzed by mass-spectrometry. Identified candidates are involved in processes such as protein synthesis and stability control, redox regulation and secretion. Their potential roles in immunity are discussed in this study. For several NLR receptors, nuclear localization is necessary for defense activation, and recently direct interactions between NLRs and transcription factors were reported, pointing at a close connection of these NLRs, including RPS4, to the chromatin. RRS1 contains a C-terminal WRKY transcription factor domain, and disruption of its DNA binding causes autoimmunity in the Arabidopsis slh1 mutant. To unravel the importance and dynamics of RRS1 DNA-association in plant immunity, transgenic RRS1 lines were characterized and used for chromatin-immunoprecipitation (ChIP). To allow conclusive evaluation of ChIP results, targeted mutations were inserted into RRS1 to generate loss- or gain-of-function alleles as ChIP controls. Summarizing published information and data obtained from this work, a new model of RPS4 and RRS1 interaction is discussed where distinct immune complexes are formed in different cellular compartments to mediate cell death in the cytoplasm and transcriptional reprogramming in the nucleus.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Pflanzen besitzen intrazelluläre Rezeptoren, die von Pathogenen injizierte Effektoren wahrnehmen und eine starke Immunreaktion auslösen. Ein gekoppeltes Rezeptorenpaar in Arabidopsis, RPS4 (Resistance to Pseudomonas syringae 4) und RRS1 (Resistance to Ralstonia solanacearum 1), kooperiert genetisch und physisch bei der Abwehr eines bakteriellen Pathogens, Pseudomonas syringae, das den Effektor AvrRps4 produziert. Ein zweites, ähnliches Rezeptorenpaar (RPS4b und RRS1b) trägt ebenfalls zur Erkennung von AvrRps4 bei. Überexpression von RPS4, aber nicht RRS1 induziert pflanzliche Immunreaktionen. Für die Funktion von RPS4, aber nicht RRS1 ist eine intakte ATP-Bindetasche nötig. RRS1 interagiert sowohl mit RPS4, als auch mit Effektoren von Pathogenen. Aus diesen Daten wurde ein Modell entwickelt, bei dem RRS1 als Sensor Effektoren wahrnimmt und diese Information an den Exekutor RPS4 weiterleitet. Dadurch löst sich RPS4 aus der Inhibition durch RRS1 und stimuliert die pflanzliche Abwehr. Darüber hinaus trägt RRS1 auch zur Effektor-unabhängigen Induktion des pflanzlichen Immunsystems durch Überexpression von RPS4 bei. Dies deutet, neben der Funktion als Sensor für Effektoren, auf eine zusätzliche positive Rolle von RRS1 hin. In der vorliegenden Arbeit wurde der Beitrag von RRS1 zu RPS4-induzierten Immunreaktionen genauer untersucht. Das Fehlen von sowohl RRS1a, als auch RRS1b verringert die Stärke RPS4-induzierter Autoimmunreaktionen, wie Zwergwuchs und die Expression von Abwehrgenen. Zudem ist ohne RRS1 der Gehalt an RPS4 Protein deutlich reduziert. RRS1 könnte demnach für die Stabilisierung von RPS4 in Immunkomplexen nötig sein. Um diese Immunkomplexe genauer zu erforschen und die Verbindung zwischen der Aktivierung von RPS4 und der Induktion von Abwehrreaktionen wie Zelltod und veränderter Genexpression herzustellen, wurden RPS4-enthaltende Immunkomplexe vor und nach Aktivierung des Immunsystems aufgereinigt und analysiert. Die dabei detektierten Komponenten, unter anderem aus Proteinsynthese und –stabilitätskontrolle, Redoxregulation und Sekretion, werden in dieser Arbeit vorgestellt und ihre mögliche Funktion im pflanzlichen Immunsystem diskutiert. Einige intrazelluläre Rezeptoren lösen nur eine effektive Immunreaktion aus, wenn sich zumindest ein Teil ihres zellulären Proteinvorrats im Zellkern befindet. Zudem wurden für mache Rezeptoren Interaktionen mit Transkriptionsfaktoren gezeigt, was auf eine enge Verbindung dieser Rezeptoren, darunter auch RPS4, mit Chromatin hindeutet. RRS1 beinhaltet eine DNA-bindende WRKY-Domäne, die typischerweise in WRKY Transkriptionsfaktoren vorkommt, und gestörte DNA-Bindung ruft Autoimmunreaktionen in der Arabidopsis RRS1-Mutante slh1 hervor. Um die Relevanz und die Dynamik von RRS1-DNA-Assoziationen in pflanzlichen Abwehrreaktionen besser zu verstehen, wurden RRS1-produzierende transgene Linien charakterisiert und für Chromatin-Immunoprezipitation genutzt. Als Kontrollen für die Spezifität möglicher identifizierter RRS1 Chromatin-Bindestellen wurde RRS1 gezielt mutiert, um Allele mit erhöhter oder verringerter Aktivität herzustellen. Zusammenfassend werden publizierte und in dieser Arbeit generierte Daten in ein neues Modell für die Zusammenarbeit von RPS4 und RRS1 integriert, in dem je nach zellulärer Lokalisation verschiedene Immunkomplexe gebildet werden, welche wiederum Zellkompartment-spezifische Immunantworten vermitteln.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Coerdt, Anne
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-64056
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Arabidopsis, immunity, R-protein, RRS1, RPS4UNSPECIFIED
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > MPI für Züchtungsforschung
    Language: English
    Date: 2015
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 01 December 2014
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 19 Nov 2015 15:57:54
    Referee
    NameAcademic Title
    Schulze-Lefert, PaulProf. Dr.
    Goverse, AskaProf. Dr.
    Flügge, Ulf-IngoProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6409

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