Qiu, Jingde (2016). A study of mutual antagonism between EDS1 and transcription factor MYC2 in Arabidopsis immunity. PhD thesis, Max Planck Institute for Plant Breeding Research.

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Abstract

Intracellular immune signaling plays an important role in modulating plant defense responses against pathogens. Arabidopsis nucleo-cytoplasmic protein EDS1 (Enhanced Disease Susceptibility1), together with its sequence-related signaling partners, PAD4 (Phytoalexin-Deficient4) and SAG101 (Senescence-Associated Gene101), is essential for transcriptional reprogramming during intracellular signaling in basal and TNL (TIR-NB-LRR) receptor-triggered immunity. EDS1 regulates both SA (salicylic acid)-dependent and SA-independent pathways in immune responses. Interactions between TNLs and EDS1 place EDS1 as a bridge between TNLs and induced transcriptional reprogramming in cells. How EDS1 signaling is regulated and which molecular events connect EDS1 to transcriptional defense reprogramming are still unclear. A genetic screen was used to identify suppressors of Arabidopsis eds1-2 hypersusceptibility to Pst (Pseudomonas syringae pv. tomato) DC3000 avrRps4 with the purpose to identify potential components of EDS1 signaling in immunity. Bacterial effector avrRps4 is recognized by the paired Arabidopsis TNL receptors RRS1 (Resistance to Ralstonia solanacearum1)/RPS4 (Resistance to Pseudomonas syringae4). I identified seven mutants with restored resistance to Pst DC3000 avrRps4. Among these, four mutants contain different mutations in COI1 (Coronatine-Insensitive1). Further analysis of several mutants suggests that four different signaling pathways can compensate for defects of eds1-2 in defense responses in Arabidopsis. Because COI1 is essential for activating JA (jasmonic acid) signaling which antagonizes SA (salicylic acid), I hypothesized that EDS1 negatively regulates JA signaling in order to promote SA resistance. In transient expression assays, EDS1, PAD4 and SAG101 formed complexes with MYC2-family transcription factors (TFs) which regulate an important JA signaling branch. EDS1-MYC2 association was found to interfere with MYC2 transcriptional activity in transient expression assays. This is the first evidence that EDS1 regulates transcriptional reprogramming through association with TFs such as MYC2. Because EDS1 interferes with MYC2 transcriptional activity, I tested whether MYC2 reciprocally affects EDS1 protein and/or gene expression. MYC2 specifically suppressed EDS1 promoter activity independently of MYC2-binding G-box and G-box-related motifs but, surprisingly, requiring MYC2 bHLH domain DNA-binding activity. After exogenous application of a bacterial mimic of bioactive JA, coronatine (COR), MYC2-family TFs were found to act redundantly to repress EDS1 expression. This repressive function on EDS1 was manifested in Arabidopsis protoplasts transient assays and at an early stage of Pst DC3000 infection and was not detectable at the late infection stage, probably due to activated EDS1 signaling. In summary, results presented in this thesis reveal a new and important level of regulation of immunity and SA-JA pathway balance by mutual antagonism between EDS1- and MYC2-dependent processes.

Item Type: Thesis (PhD thesis)
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AbstractLanguage
Intrazelluläre Signalwege spielen eine wesentliche Rolle für die pflanzliche Immunantwort gegen Pathogene. Transkriptionales Umprogrammieren, welches im Zuge der intrazellulären Signaltransduktion in basaler und TNL (TIR-NB-LRR) Rezeptor-abhängiger Immunantwort in Arabidopsis auftritt, erfordert nucleo-zytoplasmatisch lokalisiertes EDS1 (Enhanced Disease Susceptibility1). EDS1 wiederrum bedarf seiner sequenzähnlichen Partnerproteine PAD4 (Phytoalexin Deficient4) und SAG101 (Senescence-Associated Gene101) um voll funktional zu sein. Sowohl SA- (Salicylsäure) abhängige, als auch SA-unabhängige Signalwege werden von EDS1 während einer Immunreaktion reguliert. Die Interaktion von TNLs mit EDS1 platziert EDS1 als Verbindung zwischen TNLs und induzierter Umprogrammierung der Genexpression innerhalb der Zelle. Es ist jedoch noch immer unklar, wie EDS1 reguliert wird und welche molekularen Vorgänge EDS1 mit veränderter Transkription, welche mit der pflanzlichen Immunantwort einhergeht, verbinden. Um potentielle Komponenten der EDS1 Signaltransduktion zu finden, welche die Hyperanfälligkeit von Arabidopsis eds1-2 Pflanzen gegenüber Pst (Pseudomonas syringae pv. tomato) DC3000 avrRps4 aufheben, wurde ein genetischer Screen durchgeführt. Das bakterielle Effektorprotein avrRps4 wird von dem Arabidopsis TNL Rezeptorpaar RRS1 (Resistance to Ralstonia solanacearum1) und RPS4 (Resistance to Pseudomonas syringae4) erkannt. Ich konnte sieben Mutanten mit wiederhergestellter Resistenz gegenüber Pst DC3000 avrRPS4 identifizieren. Von diesen enthielten vier unterschiedliche Mutationen in COI1 (Coronatine Insensitive1). Die tiefergehende Untersuchung diverser Mutanten legt nahe, dass vier eigenständige Signalwege die auftretenden Defekte in der Immunantwort von Arabidopsis eds1-2 Pflanzen kompensieren können. Da COI1 unabdingbar ist für die Aktivierung des JA (Jasmonsäure) Signalweges, welcher SA entgegenwirkt, stellte ich die Hypothese auf, dass EDS1 negativ auf JA wirkt, um so SA abhängige Pathogenresistenz voranzutreiben. In transienten Expressionsanalysen bildeten EDS1, PAD4 und SAG101 Proteinkomplexe mit Transkriptionsfaktoren (TFs) der MYC2 Familie. Diese TFs regulieren einen wichtigen Teil des JA Signalweges. In transienten Expressionsversuchen beeinträchtigte die Interaktion von EDS1 mit MYC2 die Aktivität von MYC2 als TF. Dies zeigt zum ersten Mal, dass EDS1 transkriptionales Umprogrammieren durch die Interaktion mit TFs wie MYC2 reguliert. Da EDS1 die Aktivität von MYC2 reguliert, testete ich, ob MYC2 auf reziproke Weise EDS1 Genexpression und/oder Proteinlevel beeinflusst. Hierbei inhibierte MYC2 spezifisch EDS1 Promoteraktivität. Dies war unabhängig von G-Box und G-Box-ähnlichen Motiven, an welche MYC2 binden kann, benötigte aber überraschenderweise die MYC2 bHLH Domäne, welche Bindung an DNA vermittelt. Die exogene Zugabe von Coronatine (COR), welches ein bakterieller Imitator bioaktiver JA ist, verdeutlichte, dass TFs der MYC2 Familie EDS1 Genexpression auf redundante Art und Weise inhibieren. Diese hemmende Wirkung auf EDS1 wurde in transienten Arabidopsis Protoplasten Versuchen und in frühen Stadien von Pst DC3000 Infektion weiter bekräftigt. In späteren Infektionsstadien konnte die inhibierende Wirkung jedoch nicht nachgewiesen werden, was wahrscheinlich auf die Aktivierung von EDS1 Signaltransduktion zurückzuführen ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen eine neue und wichtige Regulationsebene der Immunantwort und der Balance zwischen SA-JA Signalwegen auf, welche von dem gegenseitigen EDS1-MYC2 Antagonismus gesteuert wird.German
Creators:
CreatorsEmailORCID
Qiu, Jingdejingde@mpipz.mgp.deUNSPECIFIED
URN: urn:nbn:de:hbz:38-78503
Subjects: Natural sciences and mathematics
Life sciences
Uncontrolled Keywords:
KeywordsLanguage
Arabidopsis thalianaEnglish
immunityEnglish
Enhanced Disease Susceptibility1English
Senescence-Associated Gene101English
Phytoalexin-Deficient4English
Pseudomonas syringaeEnglish
jasmonic acidEnglish
salicylic acidEnglish
Faculty: Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions: Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Institute for Genetics
Language: English
Date: 10 October 2016
Date of oral exam: 9 December 2016
Referee:
NameAcademic Title
Parker, JaneProf. Dr.
Zuccaro, AlgaProf. Dr.
Funders: China Scholarship Council
Refereed: Yes
URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/7850

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