Universität zu Köln

Gobbato, Enrico (2007). Analysis of mechanisms underlying EDS1-PAD4 cooperation in Arabidopsis immune signaling. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Plants have evolved a multilayered immune system to counter pathogen attacks. EDS1 (Enhanced Disease Susceptibility 1) and PAD4 (Phytoalexin Deficient 4) are two plant- specific lipase-like proteins that function as essential regulators of plant innate immunity. They are crucial for basal defence that restricts growth of virulent pathogens and for race-specific resistance to avirulent pathogens triggered by TIR (Toll-Interleukin 1) type NBS-LRR (Nucleotide Binding Site � Leucine Rich Repeats) immune receptors. Moreover, EDS1 and PAD4 generate and perceive (a) signal(s) needed to induce systemic immunity. These regulators stimulate accumulation of the phenolic defence signaling molecule salicylic acid (SA) and SA, in turn, induces their expression creating a positive feedback loop in defence potentiation. EDS1 and PAD4 transcript and correspondent protein levels increase upon pathogen challenge. However, earlier changes in expression of a set of distinct genes which are EDS1- and PAD4-dependent imply the activation of pre-existing EDS1/PAD4 complexes through post-translational mechanism(s). In this work I investigated the relative importance of transcriptional regulation and post-transcriptional processes for EDS1 and PAD4 protein functions. I characterized Arabidopsis thaliana transgenic lines overexpressing either EDS1, PAD4 or both. Only lines cooverexpressing EDS1 and PAD exhibited growth retardation associated with constitutive activation of the SA pathway and increased resistance to virulent pathogens resulting from a faster SA pathway activation. These lines exhibit also increased tolerance to chemically induced oxidative stress consistent with a known role of EDS1 and PAD4 in processing reactive oxygen species (ROS) - derived signals. The insufficiency of EDS1-PAD4 cooverexpression to fully recapitulate defence activation implies the existence of post-translational mechanisms of regulation. The existence of regulatory post-translational modifications of the EDS1 protein was investigated and lines expressing constitutively or conditionally activated functional epitope-tagged EDS1 were generated. The data presented here demonstrate that EDS1 and PAD4 operate as a signaling unit. The basis of the observed dramatic biotic and abiotic stress phenotypes will be further investigated as it should provide important insight into EDS1 and PAD4 functions.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Untersuchung der Mechanismen, die der EDS1-PAD4 Kooperation im Immunsignalweg von Arabidopsis zu Grunde liegen German
Translated abstract:	Abstract Language Pflanzen haben ein mehrschichtiges Immunsystem entwickelt um Pathogene abzuwehren. EDS1 (Enhanced Disease Suseptibility 1) und PAD4 (Phytoalexin deficient 4) sind zwei pflanzenspezifische Lipase-artige Proteine die als essentielle Regulatoren des angeborenen pflanzlichen Immunsystems fungieren. Beide Regulatoren werden sowohl für die basale Abwehr, die das Wachstum von virulenten Pathogenen begrenzt, als auch für die durch Immunrezeptoren der Klasse TIR( Toll-Interleukin 1) NBS-LRR (Nucleotide Binding Site � Leucine Rich Repeats) kontrollierte rassen-spezifische Abwehr gegen avirulente Pathogene, benötigt. Darüber hinaus sind EDS1 und PAD4 für die Ausbildung der systemischen Resistenz essentiell, die die Pflanze nach erstmaliger Infektion vor weiteren Infektionen schützt. EDS1 und PAD4 stimulieren des Weiteren die Akkumulierung des Abwehrsignals Salizylsäure (SA), welches wiederum die Transkription von EDS1 und PAD4 aktiviert, wodurch eine Amplifizierung der Abwehrreaktion hervorgerufen wird. Frühre Arbeiten haben gezeigt, dass EDS1-PAD4 Proteinkomplexe bereits in unbehandelten, gesunden Pflanzenzellen existieren. EDS1 und PAD4 Transkript sowie korrespondierende Proteinlevel steigen nach Pathogeninokulation an. Die Akkumulation der EDS1-PAD4 Komplexe tritt aber zeitlich nach einer EDS1/PAD4-abhängigen transkriptionellen Reprogrammierung anderen Genen auf, so dass man eine post-translationale Aktivierung von EDS1 und PAD4 postulieren kann. In dieser Arbeit wurde die Bedeutung der transkriptionellen Aktivierung und der post-transkriptionellen Prozessen für die Funktion von EDS1 und PAD4 untersucht. Dazu wurden transgene Arabidopsis thaliana Linien untersucht, die entweder EDS1 oder PAD4 alleine oder beide zusammen überexprimieren. Nur Linien, die EDS1 und PAD4 gemeisam überexprimieren, zeigen eine Wachstumshemmung, eine konstitutive Aktivierung des SA-abhängigen Signalweges und eine erhöhte Resistenz gegenüber virulenten Pathogen. Die EDS1/PAD4-Überexpressör-linien wiesen zudem eine erhöhte Toleranz gegenüber Chemikalien die oxidativen Stress verursachen auf, was konsistent ist mit der bekannten Rolle von EDS1/PAD4 als Modulator von Redoxsignalen. Da die Co-Überexpression von EDS1/PAD4 nicht zu einer vollständigen Abwehrreaktion (z.B. fehlender hypersensitiver Zelltod) führt, kann daraus geschlossen werden, dass EDS1 und PAD4 auch post-translational reguliert werden. Die mögliche Existenz post-translationaler Modifikation(en) von EDS1 wurde untersucht. Dazu wurden verschiedene Linien generiert, die eine konstitutive oder eine induzierbare Aktivierung von EDS1 aufweisen. Die Daten in dieser Arbeit demonstrieren, dass EDS1 und PAD4 zusammen als Signaleinheit operieren. Die Ursache der erhöhten Resistenz gegenüber biotischen und abiotischen Stress in den EDS1/PAD4-Überexpressör-Linien wird weiter untersucht und sollte wichtige Hinweise auf die Funktion von EDS1 und PAD4 geben. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Gobbato, Enrico gobbato@mpiz-koeln.mpg.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-22423
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 EDS1 PAD4 Arabidopsis immunity signalling English
Date of oral exam:	13 June 2007
Referee:	Name Academic Title Schulze-Lefert, Paul Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2242