Membrane rafts in plant-pathogen interactions - Kölner UniversitätsPublikationsServer

Zappel, Nana Friederike (2008). Membrane rafts in plant-pathogen interactions. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In the last years, lateral compartmentalization has become a well-recognized topic in plant membrane research. Especially the membrane raft hypothesis receives particular attention, since it gives a conceivable explanation for the spatial and temporal organization of biological membranes. The aim of the work presented here was the investigation of the possible involvement of membrane rafts in biotic stress responses. In this study we elucidated in a quantitative proteomics approach immediate-early protein dynamics in plasma membrane-derived detergent-resistant membranes (DRMs) in response to bacterial flagellin. Proton ATPases and receptor-like kinases were the most prominently enriched protein classes. Strikingly, the flagellin receptor FLS2 was consistently relocalized to DMRs, indicative of its possible recruitment to membrane rafts prior to ligand-induced endocytosis. We performed reverse genetics and pharmacological interference to address the potential contribution of the identified proteins in flg22-triggered responses and thereby identified two novel players of elicitor-dependent oxidative burst control. In a second approach we aimed to elucidate the potential role of membrane rafts and/or sterols during the cellular compartmentalization process in the context of the Arabidopsis�powdery mildew interaction. We showed that the SNARE AtPEN1, which focally accumulates at fungal entry sites, partially associated with DRMs in a sterol-dependent manner. A complementary approach aiming at the genetic interference with membrane raft function revealed that a subset of sterol biosynthesis mutants displayed enhanced resistance towards the adapted powdery mildew pathogen, Golovinomyces orontii. This could be partially correlated with an aberrant focal accumulation of GFP-AtPEN1 underneath fungal attack sites, suggesting that the proper sterol composition, which might affect membrane raft integrity, could be important for the focal accumulation of GFP-AtPEN1 at attempted fungal entry sites. In sum our data indicate that membrane rafts might play a role in the compartmentalization of biological processes at the plasma membrane in response to biotic stimuli.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
"Membrane rafts" in Pflanze-Pathogen Interaktionen	German

Translated abstract:

Abstract

Language

Seit einigen Jahren wird auch in Pflanzen verstärkt die Kompartimentierung von Membranen in verschiedene Domänen betrachtet. Insbesondere die �membrane raft� Hypothese wird viel diskutiert, da sie eine gute Erklärung für die räumliche und zeitliche Organisation von biologische Membranen liefert. Im Rahmen dieser Arbeit sollte die mögliche Rolle von �membrane rafts� in biotischen Stressantworten aufgeklärt werden. Mittels quantitativer Proteomik haben wir die Proteindynamik in Detergenzien-resistenten-Membran (DRM)-Präparationen der Plasmamembran als Folge von Behandlung mit bakteriellem Flagellin untersucht. Protonen-ATPasen und Rezeptor-ähnliche Kinasen waren die am stärksten in DRMs angereicherten Proteinklassen. Auffallend war die konsistente Relokalisierung des Flagellin Rezeptors FLS2. Dies deutet die mögliche Rekrutierung von FLS2 in �membrane rafts� vor darauf folgender Endozytose an. Anhand reverser Genetik und chemischer Interferenz konnten wir zwei neue Komponenten in dem flg22 induzierten respiratorischen Burst identifizieren. In einem zweiten Ansatz haben wir zelluläre Kompartimentierungprozesse in der Arabidopsis�Mehltau Interaktion untersucht. Wir konnten zeigen, dass das SNARE AtPEN1, das unter Angriffsstellen von Mehltausporen akkumuliert, partiell und sterolabhängig mit DRMs assoziiert ist. In einem komplementären genetischen Ansatz konnten wir Sterolbiosynthesemutanten identifizieren, die erhöhte Resistenz gegenüber einem adaptierten Mehltaupilz (Golovinomyces orontii) ausweisen. Der Resistenzphänotyp konnte teilweise mit einer veränderten fokalen Akkumulation von GFP-AtPEN1 unter den pilzlichen Angriffsstellen korreliert werden. Dies deutet an, dass eine korrekte Sterolzusammensetzung die Vorraussetzung für die Funktionalität potentieller �membrane rafts� sein könnte und somit möglicherweise in der fokalen Akkumulation von GFP-AtPEN1 eine Rolle spielt. Zusammenfassend deuten unsere Daten auf eine Rolle für �membrane rafts� in der pathogeninduzierten Membrankompartimentierung hin.

German

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