Universität zu Köln

Tintor, Nico (2011). Genetic analysis of MAMP-triggered immunity in Arabidopsis. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In their natural environment, plants live in a close association with a large variety of microorganisms. A number of these microorganisms can be detrimental to plants and are considered as potential pathogens. In order to ward off these pathogens, plants have developed a highly effective and dynamic immune system. As a first line of defense, plants recognize the presence of microbes through the perception of molecular structures typical of a microbial class, termed microbe-associated molecular patterns (MAMPs). In Arabidopsis, the Leu-rich repeat receptor-like kinases FLS2 and EFR recognize the bacterial MAMPs flagellin and EF-Tu (and their bioactive epitopes flg22 and elf18), respectively. Perception of these MAMPs triggers defense responses that restrict microbial invasion and growth. However, the molecular basis of MAMP-triggered immunity (MTI) is still largely unknown. As MTI functionally links to and provides an evolutionary basis for different branches of plant immunity, it is instrumental for the understanding of plant-microbe interactions. The work presented here aimed at the identification of molecular components of MTI. A forward-genetic screen revealed priority in sweet life (psl) mutants that show de-repressed anthocyanin accumulation in the presence of elf18 or flg22. PSL2 was identified as the single-copy Arabidopsis UDP-glucose:glycoprotein glucosyltranseferase (UGGT), whereas PSL25 most likely identifies the Arabidopsis endoplasmic reticulum (ER) Glucosidase I. These are components of an ER protein quality control (ERQC) pathway that ensures proper folding and maturation of membrane-resident and secreted proteins. These and other ERQC components are required for the generation of functional EFR. PSL36 was identified as a novel allele of EIN2 (ETHYLENE INSENSITIVE2), a central regulator of the ethylene(ET) pathway. Loss of EIN2 function results in pronounced defects in FLS2 and EFR signaling outputs. Whereas ET signaling is crucial for FLS2 expression, EFR steady-state levels are unaltered in ein2 plants. These data point to a role for ET in post-recognition signaling by EFR. The identification of a set of EFR-triggered genes that depend on ET-signaling for their full activation reveals possible mechanisms of signal integration during MTI.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Genetische Untersuchung der MAMS-induzierten Resistenz in Arabidopsis German
Translated abstract:	Abstract Language Pflanzen leben in der Natur in einer engen Verbindung mit einer großen Vielfalt an Mikroorganismen. Viele dieser Mikroorganismen können die Pflanzen schädigen und werden daher als potentielle Pathogene betrachtet. Um diese Pathogene abzuwehren, haben die Pflanzen ein hoch effizientes und dynamisches Immunsystem entwickelt. Als die erste Abwehrlinie erkennen Pflanzen Mikroben anhand von molekularen Strukturen die spezifisch für Mikroben sind, sogenannte, Mikroben-assoziierte molekulare Muster (MAMM). In Arabidopsis erkennen die Rezeptor-Kinasen FLS2 und EFR die MAMMs flagellin und EF-Tu (beziehungsweise ihre bioaktiven Epitope flg22 und elf18). Erkennung dieser MAMMs löst eine Immunantwort aus, die das Eindringen und Ausbreitung der Mikroben einschränkt. Jedoch ist die molekulare Grundlage dieser MAMMs-induzierten Resistenz (MIR) größtenteils unbekannt. Da MIR mit weiteren Ebenen des pflanzlichen Immunsystems eng verknüpft ist und ihre evolutionäre Grundlage stellt, ist die Erforschung des MIR entscheidend für das Verständnis des Zusammenlebens von Pflanzen und Mikroben. Die hier vorgestellte Arbeit hatte das Ziel molekulare Komponenten des MIR zu identifizieren. Eine genetische Sichtung identifizierte die „priority in sweet life (psl)“ Mutanten, die eine Aufhebung der Anthocyanin-Unterdrückung durch elf18 oder flg22 zeigen. PSL2 wurde als Arabidopsis UDP-glucose:glycoprotein glucosyltranseferase (UGGT) identifiziert, und PSL25 identifiziert höchst wahrscheinlich die im Endoplasmatischem Retikulum lokalisierte Glucosidase I. Diese sind Komponenten des ER Protein Qualitätskontroll-Mechanismus (ERQK), die die korrekte Faltung und Reifung von sekretierten und Membran-gebundenen Proteinen sichert. Diese und andere ERQK Komponenten werden für die Generierung eines funktionalen EFR benötigt. PSL36 wurde als ein neuer Allel von EIN2 (ETHYLENE INSENSITIVE2) identifiziert, das ein zentraler Regulator des Ethylen(ET) Signalweges ist. Ein disfunktionaler EIN2 resultiert in gestörten Antworten von FLS2 und EFR. ET spielt eine entscheidende Rolle für die Expression von FLS2, EFR Akkumulation ist jedoch unverändert in ein2 Mutanten. Dies deutet auf eine Rolle von ET für die Signalfunktion von EFR hin. Wir identifizierten eine Reihe von EFR-induzierten Genen, die einen funktionierenden ET-Signalweg für ihre Aktivierung benötigen. Dies könnte zur Entdeckung von wichtigen Signalmechanismen des MIR führen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Tintor, Nico tintor@mpipz.mpg.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-50239
Date:	5 December 2011
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language plant immunity English MAMP English ethylene English
Date of oral exam:	26 January 2012
Referee:	Name Academic Title Schulze-Lefert, Paul Prof. Dr. Höcker, Ute Prof. Dr. Zipfel, Cyril Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5023