Defining WRKY factors involved in plant defense: characterization of Arabidopsis thaliana WRKY27, a gene affecting Ralstonia solanacearum disease development

Mukhtar, Muhammad Shahid (2005). Defining WRKY factors involved in plant defense: characterization of Arabidopsis thaliana WRKY27, a gene affecting Ralstonia solanacearum disease development. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In the present study, it was shown that Arabidopsis plants lacking a functional gene, AtWRKY27, coding for a WRKY-type transcription factor, displayed an altered disease response towards the soil-borne pathogen Ralstonia solanacearum strain GMI 1000. Two independent Atwrky27 knockout (KO) lines consistently exhibited clearly delayed wilting symptoms in response to the bacterium. The steady-state transcript levels of AtWRKY27 were not significantly affected in any of the SA or JA/ET signaling pathway mutants under study. Additionally, Atwrky27-mediated delayed symptoms phenotype was not associated with constitutive expression of defense response marker genes such as PR1, PR5, Thi2.1 or PDF1.2. Loss of AtWRKY27 function did not affect the response of the plants towards other tested pathogens nor towards diverse abiotic stresses. Complementation of the KO lines with AtWRKY27 under the control of its own promoter restored wild type susceptibility to the GMI1000 strain, whereas ectopic overexpression of AtWRKY27 led to an even earlier wilting symptom response than wild type plants. Surprisingly, the bacterial density in aerial parts of both KO lines versus wild type plants increased at similar levels throughout the period assayed. These observations point to a role of AtWRKY27 in a specific defense mechanism known as enhanced pathogen tolerance. AtWRKY27 expressions appear mainly restricted to specific root parts and in vascular tissue that is highly consistent with sites of bacterial colonization and propagation. Interestingly however, AtWRKY27 also appears to be expressed in defined floral organs and the ectopic overexpressor lines showed significant partial male sterility. Our data suggest that AtWRKY27 or a component(s) under the control of this transcription factor can contribute to enhanced pathogen tolerance. There also reveal however that AtWRKY27 has additional functions within certain stages of anther and pollen development.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass Arabidopsis-Pflanzen mit einem defekten AtWRKY27-Gen, dass einen WRKY-Transkriptionsfaktor kodiert, ein verändertes Resistenzverhalten gegenüber dem bodenbürtigem, pathogenen Bakterium Ralstonia solanacearum (Stamm GMI 1000) zeigen. Zwei unabhängige Atwrky27-Nullmutanten zeigten übereinstimmend deutlich reduzierte Welkesymptome nach Infektion mit dem Bakterium. Die Expression des AtWRKY27-Gens, gemessen als �steady-state� mRNA-Menge, war in allen untersuchten Mutanten mit Defekten in den durch Salicylsäure (SA) oder Jasmonsäure (JA) bzw. Ethylen (ET) vermittelten Signaltransduktionswegen unverändert. Auch die Expression von Markergenen der pflanzlichen Pathogenabwehr, wie z.B. der Gene PR1, PR5, Thi2.1, oder PDF1.2, war in den Nullmutanten im Vergleich zum Wildtyp unverändert und damit nicht mit dem verzögerten Welkephänotyp korreliert. Der Verlust der AtWRKY27-Funktion führte nicht zu einer veränderten Reaktion der Pflanzen gegenüber anderen Pathogen oder unterschiedlichen Arten von abiotischem Stress. Expression des AtWRKY27-Gens unter der Kontrolle seines eigenen Promotors in der Atwrky27-Nullmutate führte zur Komplementation des Phänotyps und damit zur Restauration der Suszeptibilität gegenüber R. solanacearum (Stamm GMI 1000) wie in Wildtyp-Pflanzen. Im Gegensatz dazu führte ektopische Expression des AtWRKY27-Gens zu verstärkten und früher einsetzenden Welkesymptomen. Die Bakterienanzahl nahm in den überirdischen Pflanzenteilen sowohl im Wildtyp als auch in beiden Nullmutanten im gesamten Untersuchungszeitraum in gleichem Masse zu. Dies Befund war unerwarte und deutet darauf hin, dass AtWRKY27 eine spezifische Funktion bei der Vermittlung von erhöhter Toleranz gegenüber Pathogenen hat. Die Expression des AtWRKY27-Gens ist beschränkt auf spezifische Regionen in Wurzeln und auf Leitbündel, was den Geweben entspricht, die von Bakterien befallen werden. Darüber hinaus wird das AtWRKY27-Gen in begrenztem Maß in Blütenorganen exprimiert und ektopische Expression führt zu eindeutiger, partieller männlicher Sterilität. Insgesamt zeigen die vorgelegten Daten, dass AtWRKY27 selbst, oder eine Komponente, die von diesem Transkriptionsfaktor kontrolliert wird, zur erhöhten Toleranz von Pflanzen gegenüber Pathogen beitragen kann. Darüber hinaus hat AtWRKY27 vermutliche zusätzliche Funktionen in bestimmten Entwicklungstadien von Antheren und Pollen.

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