@phdthesis{Raffeiner2021,
  author    = {Raffeiner, Margot},
  title     = {Funktionelle Charakterisierung des Xanthomonas Typ-III Effektorproteins XopS},
  doi       = {10.25932/publishup-52553},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525532},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {IX, 185},
  year      = {2021},
  abstract  = {Angepasste Pathogene besitzen eine Reihe von Virulenzmechanismen, um pflanzliche Immunantworten unterhalb eines Schwellenwerts der effektiven Resistenz zu unterdr{\"u}cken. Dadurch sind sie in der Lage sich zu vermehren und Krankheiten auf einem bestimmten Wirt zu verursachen. Eine essentielle Virulenzstrategie Gram-negativer Bakterien ist die Translokation von sogenannten Typ-III Effektorproteinen (T3Es) direkt in die Wirtszelle. Dort st{\"o}ren diese die Immunantwort des Wirts oder f{\"o}rdern die Etablierung einer f{\"u}r das Pathogen g{\"u}nstigen Umgebung. Eine kritische Komponente der Pflanzenimmunit{\"a}t gegen eindringende Pathogene ist die schnelle transkriptionelle Umprogrammierung der angegriffenen Zelle. Viele adaptierte bakterielle Pflanzenpathogene verwenden T3Es, um die Induktion Abwehr-assoziierter Gene zu st{\"o}ren. Die Aufkl{\"a}rung von Effektor-Funktionen, sowie die Identifikation ihrer pflanzlichen Zielproteine sind f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der bakteriellen Pathogenese essentiell. Im Rahmen dieser Arbeit sollte das Typ-III Effektorprotein XopS aus Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) funktionell charakterisiert werden. Zudem lag hier ein besonderer Fokus auf der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen XopS und seinem in Vorarbeiten identifizierten pflanzlichen Interaktionspartner WRKY40, einem transkriptionellen Regulator der Abwehr-assoziierten Genexpression. Es konnte gezeigt werden, dass XopS ein essentieller Virulenzfaktor des Phytopathogens Xcv w{\"a}hrend der pr{\"a}invasiven Immunantwort ist. So zeigten xopS-defiziente Xcv Bakterien bei einer Inokulation der Blattoberfl{\"a}che suszeptibler Paprika Pflanzen eine deutlich reduzierte Virulenz im Vergleich zum Xcv Wildtyp. Die Translokation von XopS durch Xcv, sowie die ektopische Expression von XopS in Arabidopsis oder N. benthamiana verhinderte das Schließen von Stomata als Reaktion auf Bakterien bzw. einem Pathogen-assoziierten Stimulus, wobei zudem gezeigt werden konnte, dass dies in einer WRKY40-abh{\"a}ngigen Weise geschieht. Weiter konnte gezeigt werden, dass XopS in der Lage ist, die Expression Abwehr-assoziierter Gene zu manipulieren. Dies deutet darauf hin, dass XopS sowohl in die pr{\"a}-als auch in die postinvasive, apoplastische Abwehr eingreift. Phytohormon-Signalnetzwerke spielen w{\"a}hrend des Aufbaus einer effizienten pflanzlichen Immunantwort eine wichtige Rolle. Hier konnte gezeigt werden, dass XopS mit genau diesen Signalnetzwerken zu interferieren scheint. Eine ektopische Expression des Effektors in Arabidopsis f{\"u}hrte beispielsweise zu einer signifikanten Induktion des Phytohormons Jasmons{\"a}ure (JA), w{\"a}hrend eine Infektion von suszeptiblen Paprika Pflanzen mit einem xopS-defizienten Xcv Stamm zu einer ebenfalls signifikanten Akkumulation des Salicyls{\"a}ure (SA)-Gehalts f{\"u}hrte. So kann zu diesem Zeitpunkt vermutet werden, dass XopS die Virulenz von Xcv f{\"o}rdert, indem JA-abh{\"a}ngige Signalwege induziert werden und es gleichzeitig zur Unterdr{\"u}ckung SA-abh{\"a}ngiger Signalwege kommt. Die Virus-induzierte Genstilllegung des XopS Interaktionspartners WRKY40a in Paprika erh{\"o}hte die Toleranz der Pflanze gegen{\"u}ber einer Xcv Infektion, was darauf hindeutet, dass es sich bei diesem Protein um einen transkriptionellen Repressor pflanzlicher Immunantworten handelt. Die Hypothese, dass WRKY40 die Abwehr-assoziierte Genexpression reprimiert, konnte hier {\"u}ber verschiedene experimentelle Ans{\"a}tze bekr{\"a}ftigt werden. So wurde beispielsweise gezeigt, dass die Expression von verschiedenen Abwehrgenen einschließlich des SA-abh{\"a}ngigen Gens PR1 und die des Negativregulators des JA-Signalwegs JAZ8 von WRKY40 gehemmt wird. Um bei einem Pathogenangriff die Abwehr-assoziierte Genexpression zu gew{\"a}hrleisten, muss WRKY40 als Negativregulator abgebaut werden. Vorarbeiten zeigten, dass WRKY40 {\"u}ber das 26S Proteasom abgebaut wird. In der hier vorliegenden Studie konnte weiter best{\"a}tigt, dass der T3E XopS zu einer Stabilisierung des WRKY40 Proteins f{\"u}hrt, indem er auf bislang ungekl{\"a}rte Weise dessen Abbau {\"u}ber das 26S Proteasom verhindert. Die Ergebnisse aus der hier vorliegenden Arbeit lassen die Vermutung zu, dass die Stabilisierung des Negativregulators der Immunantwort WRKY40 seitens XopS dazu f{\"u}hrt, dass eine dar{\"u}ber vermittelte Manipulation der Abwehr-assoziierten Genexpression, sowie eine Umsteuerung phytohormoneller Wechselwirkungen die Ausbreitung von Xcv auf suszeptiblen Paprikapflanzen f{\"o}rdert. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, weitere potentielle in planta Interaktionspartner von XopS zu identifizieren die f{\"u}r seine Interaktion mit WRKY40 bzw. f{\"u}r die Aufschl{\"u}sselung seines Wirkmechanismus relevant sein k{\"o}nnten. So konnte die Deubiquitinase UBP12 als weiterer pflanzlicher Interaktionspartner sowohl von XopS als auch von WRKY40 gefunden werden. Dieses Enzym ist in der Lage, die Ubiquitinierung von Substratproteinen zu modifizieren und seine Funktion k{\"o}nnte somit ein Bindeglied zwischen XopS und dessen Interferenz mit dem proteasomalen Abbau von WRKY40 sein. W{\"a}hrend einer kompatiblen Xcv-Wirtsinteraktion f{\"u}hrte die Virus-induzierte Genstilllegung von UBP12 zu einer reduzierten Resistenz der Pflanze gegen{\"u}ber des Pathogens Xcv, was auf dessen positiv-regulatorische Wirkung w{\"a}hrend der Immunantwort hindeutet. Zudem zeigten Western Blot Analysen, dass das Protein WRKY40 bei einer Herunterregulierung von UBP12 akkumuliert und dass diese Akkumulation von der Anwesenheit des T3Es XopS zus{\"a}tzlich verst{\"a}rkt wird. Weiterf{\"u}hrende Analysen zur biochemischen Charakterisierung der XopS/WRKY40/UBP12 Interaktion sollten in Zukunft durchgef{\"u}hrt werden, um den genauen Wirkmechanismus des XopS T3Es weiter aufzuschl{\"u}sseln.},
  language  = {de}
}