Universität zu Köln

Wirthmüller, Lennart (2007). Positioning the Arabidopsis TIR-NB-LRR immunereceptor RPS4 in EDS1-dependent defence. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In contrast to mammals, plants lack a humoral immune system and thus rely entirely on cell-autonomous innate immune defences to combat plant pathogens. While plant innate immunity is effective against the majority of invaders, successful pathogens have evolved effector proteins to overcome or suppress plant defences. In a process of co-evolution plants have, in turn, developed intracellular resistance (R) proteins that detect pathogen effectors or the consequences of their actions. Intracellular R proteins possess a central nucleotide binding (NB) domain and C-terminal leucine rich repeats (LRRs) that mediate effector recognition. Effector-induced activation typically leads to generation of reactive oxygen species, localised programmed cell death (hypersensitive response, HR) and restriction of pathogen colonisation. TIR-type NB-LRR receptors possess an N-terminal domain with sequence homology to the Drosophila Toll and mammalian Interleukin-1 receptors. In contrast to other NB-LRR R proteins, TIR-type receptors specifically require the lipase-like EDS1 protein to confer resistance. Arabidopsis EDS1 protein localises to the cytoplasm and the nucleus and functions together with salicylic acid (SA) in a positive amplification loop to induce local and systemic defences. It is not yet known how TIR-type receptors molecularly connect to and activate EDS1/SA signalling. Thus elucidating the subcellular localisation of TIR-NB-LRR R proteins is crucial to understand their function in EDS1/SA-dependent defence. The work presented here characterises the Arabidopsis TIR-NB-LRR receptor RPS4 that recognises the Pseudomonas syringae effector protein AvrRps4 in terms of subcellular localisation and genetic interaction with EDS1. RPS4 protein localises to both endocellular membranes and the nucleus. Nuclear import requires a nuclear localisation signal (NLS) in the C-terminal domain of the receptor. Interference with RPS4 nuclear trafficking results in loss of RPS4-mediated resistance. Moreover, nuclear localisation of RPS4 is required for activation of defence gene expression downstream of AvrRps4 recognition that most likely occurs outside the nucleus. EDS1 functions as an intrinsic signal transducer in RPS4-mediated immunity and is essential for transcriptional reprogramming of defence genes upon RPS4 activation. The results presented suggest that activated RPS4 connects intimately to transcriptional regulation of defence genes in an EDS1-dependent manner and thus indirectly support a nuclear role of EDS1 in plant immunity.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Funktionale Analyse des Arabidopsis TIR-NB-LRR Immunrezeptors RPS4 in der EDS1-vermittelten Pathogenresistenz German
Translated abstract:	Abstract Language Im Gegensatz zu Säugetieren besitzen Pflanzen kein humorales Immunsystem. Pflanzliche Pathogenresistenz basiert auf immanenten, zellautonomen Immunantworten, die ein effektives Abwehrsystem gegen die Mehrzahl von Pflanzenschädlingen bilden. Adaptierte Phytopathogen verfügen jedoch über Effektorproteine, welche pflanzliche Immunreaktionen unterdrücken können. In einem co-evolutiven Prozess entwickelten Pflanzen intrazelluläre Resistenzproteine (R Proteine), die entweder Effektorproteine direkt oder effektorvermittelte Modifikationen von anderen pflanzlichen Proteinen erkennen. Charakteristisch für intrazelluläre R Proteine ist eine zentrale Nukleotidbindedomäne (NB) und C-terminale Leucin-reiche Sequenzwiederholungen (leucine rich repeats, LRRs), die Spezifität für das komplementäre Effektorprotein vermitteln. Aktivierung eines R Proteins durch den entsprechenden Effektor führt zur lokalen Freisetzung von radikalen Sauerstoffspezies sowie zur Aktivierung eines auf die Infektionsstelle begrenzten, programmierten Zelltodprogramms (hypersensitive response, HR). Das Zusammenspiel dieser lokalen Reaktionen ist in der Regel ausreichend, um den Infektionsversuch des Pathogens zu stoppen. TIR-NB-LRR Rezeptoren besitzen eine N-terminale Domäne mit Sequenzhomologie zum Drosophila Toll-Rezeptor und Interleukin-1 Rezeptoren von Säugetieren. Im Gegensatz zu anderen R Proteinen der NB-LRR Gruppe ist die durch TIR-NB-LRR Rezeptoren vermittelte Pathogenresistenz abhängig von EDS1, einem pflanzenspezifischen Protein mit Sequenzhomologie zu eukaryotischen Lipasen. Das Arabidopsis EDS1 Protein liegt sowohl im Cytoplasma als auch im Zellkern vor und vermittelt lokale und systemische Resistenz im Zusammenspiel mit Salicylsäure (SA). Dieser SA-abhängige Resistenzmechanismus unterliegt einer positiven feed-back Kontrolle und ist ein zentraler Bestandteil der Potenzierung von NB-LRR R Protein-vermittelten Immunsignalen. Die subzelluläre Lokalisation von TIR-NB-LRR Rezeptoren ist weitgehend unbekannt. Außerdem ist nicht untersucht, wie R Proteine des TIR-Typs nach ihrer Aktivierung EDS1/SA-abhängige Immunreaktionen auslösen. Lokalisationsstudien mit NB-LRR Proteinen der TIR-Gruppe sind daher ein wichtiger Schritt zum Verständnis der durch sie vermittelten EDS1/SA-abhängigen Pathogenresistenz. Thema dieser Arbeit ist die Bestimmung der subzellulären Lokalisation des TIR-NB-LRR Rezeptors RPS4 aus Arabidopsis, der das Pseudomonas syringae Effektorprotein AvrRps4 erkennt. Zudem wird in genetischen Analysen die Position von RPS4 im EDS1-abhängigen Signaltransduktionsweg spezifiziert. RPS4 ist sowohl in der Endo-membranfraktion als auch im Zellkern zu detektieren. Der Zellkernimport wird durch eine Importsequenz (nuclear localisation signal, NLS) in der C-terminalen Domäne von RPS4 vermittelt und Verminderung der nukleären RPS4 Konzentration führt zum Verlust der RPS4-induzierten Immunität. Nukleo-cytoplasmatischer Transfer von RPS4 ist Vorraussetzung für die Aktivierung von Abwehrgenen im Zellkern und liegt daher unterhalb der effektorvermittelten Aktivierung von RPS4. In Übereinstimmung mit diesem Ergebnis liegt der AvrRps4 Effektor als lösliches Protein im Cytoplasma, nicht jedoch im Zellkern vor. EDS1 fungiert als intrinsisches Signalprotein in der RPS4-vermittelten Immunreaktion und ist essentiell für die transkriptionale Aktivierung von Abwehrgenen nach RPS4 Aktivierung. Die Ergebnisse legen nahe, dass EDS1-abhängige, RPS4-vermittelte Immunität räumlich und funktional eng mit nukleären Transkriptionsregulatoren verbunden ist. Indirekt implizieren diese Resultate daher auch eine zentrale Rolle von EDS1 im Zellkern in der TIR-NB-LRR Rezeptor-vermittelten Resistenz. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Wirthmüller, Lennart wirthmue@mpiz-koeln.mpg.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-22244
Date:	2007
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Plant Breeding Research
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Pathogenresistenz, pflanzliches Immunsystem, Immunrezeptor, Arabidopsis German plant immune receptor, resistance, innate immunity, Arabidopsis English
Date of oral exam:	26 June 2007
Referee:	Name Academic Title Schulze-Lefert, Paul Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2224