Identification of susceptibility targets of bacterial leaf blight and development of genome edited rice lines with increased resistance

verfasst von

Stefanie Mücke

betreut von

Jens Boch

Abstract

Pflanzenpathogene Xanthomonas oryzae Bakterien infizieren Reis und verursachen hohe Ernteverluste, die eine sichere Lebensmittelversorgung gefährden. Transcription activator-like effectors (TALEs) sind Hauptvirulenzfaktoren dieser Pathogene und manipulieren die Genexpression des Wirts zu Gunsten der Infektion. Mithilfe des Programms AnnoTALE können TALEs Klassen zugeordnet werden, die eine enge Verwandtschaft der TALEs zeigen und auf ein mögliches gemeinsames Zielgen hinweisen. Eine Analyse von 34 asiatischen Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)-Stämmen enthüllte insgesamt 45 TALE-Klassen und einen Basissatz aus 10 TALE Kernklassen, die in mehr als 80% der Stämme vorkommen. Eine Kombination aus computerbasierten TALE-Zielgen-Vorhersagen und Transkriptom-daten von infiziertem Reis resultierte in 61 TALE-Zielgenkandidaten für die drei selektierten Xoo-Stämme. Repräsentative TALEs dieser Stämme wurde nachgebaut und in einen Xoo-Stamm eingebracht, der keine TALE-Gene trägt, um die Korrelation zwischen einzelnen TALEs und spezifischen, induzierten Genen zu prüfen. Für 13 Reisgene konnte eine TALE-spezifische Induktion nach Infektion nachgewiesen werden. Durch den Einsatz von Reporterassays konnten direkte Interaktionen zwischen den TALEs und ihren Zielpromotoren gezeigt werden. Durch diese neu identifizierten Zielgene konnte eine konvergente Evolution zwischen Xoo und den reispathogenen Xanthomonas oryzae pv. oryzicola aufgedeckt werden, welche mehr gemeinsame Zielgene besitzen als zuvor angenommen und diese mit verschiedenen TALEs adressieren. Einzelne TALEs hatten keinen großen Einfluss auf die Virulenz von Xoo in gain-of-function-Assays, aber mehrere TALE-Klassen manipulieren vermutlich den Salicylsäurehaushalt, der Xoo-Resistenz in Reis kontrolliert. Reispflanzen wurden mithilfe von CRISPR/Cas9 verändert, um Zielgene auszuknocken oder mehrere TALE-Bindestellen in Zielpromotoren zu mutieren. Initiale Ergebnisse deuten auf eine reduzierte Virulenz von Wildtyp Xoo-Stämmen auf Reispflanzen hin, in denen 7 TALE-Bindestellen von Zielpromotoren mutiert wurden, die in dieser Arbeit identifiziert wurden. Zusammengefasst konnte ein detailliertes Bild von TALE-manipulierten Pflanzen-prozessen etabliert werden, dass unser Verständnis von Xanthomonas oryzae-Virulenz signifikant erweitert. Zusätzlich wurde der Grundstein für die Entwicklung neuer Resistenzen gelegt, um diese wichtigen Reiskrankheiten zu bezwingen.

Organisationseinheit(en)

Abteilung Pflanzenbiotechnologie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

141

Publikationsdatum

2020

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/10076 (Zugang: Offen)