Universität zu Köln

Eitzen, Katharina Sophia (2022). The role of fungal lifestyle and secreted effectors in complex phyllosphere microbial communities. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In nature plants are challenged by several pathogenic organisms but are also colonized by numerous commensal microbes. Those microbes establish a network of interactions with their host and amongst each other. They can influence the plants health status by altering plant immune responses or directly antagonizing microbial pathogens. In wild Arabidopsis thaliana populations, the oomycete pathogen Albugo laibachii was identified as a hub organism and plays an essential role in structuring the leaf phyllosphere microbial network. In this thesis it was shown that the epiphytic yeast Moesziomyces bullatus ex Albugo (Mba) is an antagonistic member of the A. thaliana phyllosphere. While it is a close relative of pathogenic smut fungi, it stays mainly apathogenic in nature. This work provides new insights into the evolution of epiphytic basidiomycete yeasts in comparison to their pathogenic relatives. Genetic manipulation of Mba showed that it still holds the potential to switch to pathogenic growth in vitro. Loss of pathogenicity in this strain is most likely the result of a mating type bias leading to death of one mating type in nature. Nevertheless, its genetic background makes it highly compatible in its epiphytic form. Mba reduces infections of A. thaliana by A. laibachii and antagonizes several bacterial members of the A. thaliana phyllosphere community. To functionally investigate the antimicrobial interactions of Mba, a high-quality annotated genome sequence and an efficient transformation system were established. The combination of transcriptomics, reverse genetics and recombinant protein production identified a GH25 hydrolase with lysozyme activity as a major effector of this microbial antagonism. Those findings are important to strengthen the understanding of microbial interactions within the A. thaliana phyllosphere and can be used in the future to develop novel strategies of microbiota-mediated disease protection.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Pflanzen stellen ein natürliches Habitat für diverse Mikroorganismen dar. Bei der Mehrzahl dieser handelt es sich um kommensale Mikroben, die sich als Nutznießer von toten Pflanzenresten ernähren. Dennoch ist eine Pflanze stetig einem Infektionsrisiko durch krankheitserregende Mikroorganismen ausgesetzt. Alle Organismen dieses Mikrobioms sind durch ein Interaktionsnetzwerk miteinander verbunden und können das pflanzliche Immunsystem sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen. In natürlichen Arabidopsis thaliana Populationen wurde der Oomycete Albugo laibachii als sogenannter „Hub-Organismus“ identifiziert und spielt somit eine große Rolle für die Stabilität des mikrobiellen Netzwerks. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die epiphytische Hefe Moesziomyces bullatus ex Albugo (Mba) ein kommensaler Antagonist in der A. thaliana Phyllosphere ist und die Infektion des Pathogens A. laibachii drastisch reduziert. Trotz der nahen Verwandtschaft zu pathogenen Brandpilzen bleibt Mba unter natürlichen Bedingungen strikt apathogen. Mit Hilfe von Genomvergleichen und genetischer Manipulation konnten in dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Evolution eben dieser apathogenen Stämme erlangt werden. Des Weiteren zeigte die Generierung eines selbstkompatiblen Stammes, dass Mba in-vitro alle Voraussetzungen für eine erfolgreiche Pflanzeninfektionen aufweist. Durch die Kombination von Transkriptomanalysen und reverser Genetik konnte zudem der Ursprung der antagonistischen Interaktionen von Mba erforscht werden. Hierbei wurde eine GH25 Hydrolase identifiziert, deren Lysozym-Aktivität maßgeblich an Mba’s Biokontrollaktivität beteiligt ist. Diese Ergebnisse können dabei helfen, mikrobielle Interaktionen in der A. thaliana Phyllosphere besser zu verstehen und diese Erkenntnisse auf Nutzpflanzen zu übertragen, um neue Strategien der biologischen Schädlingsbekämpfung zu entwickeln. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Eitzen, Katharina Sophia katharinaeitzen@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-611025
Date:	2022
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Botanical Institute
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Biocontrol agents English Phyllosphere microbial communities English Transcriptomics English
Date of oral exam:	26 January 2022
Referee:	Name Academic Title Döhlemann, Gunther Prof. Dr. Thomma, Bart Prof. Dr. Kemen, Eric Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/61102