Characterization of Japanese soil-borne wheat mosaic virus movement protein and investigation of interacting host-plant factors

Abstract

Das japanische bodenbürtige Weizenmosaik Furovirus (JSBWMV) infiziert neben Weizen auch Gerste. Es wird von dem obligaten Wurzelparasiten Polymyxa graminis übertragen. In Gerste sind sowohl gegen das Virus als auch gegenüber dem Vektor P. graminis keine Resistenzen bekannt. Um die Infektion des zweiteiligen RNA-Virus besser zu verstehen, wurde in dieser Arbeit die Wechselwirkung zwischen dem Virus und der Modellpflanze Nicotiana benthamiana untersucht. Die Ausbreitung des Virus von Zelle zu Zelle und über längere Distanzen ist wichtig für das Virus, um die Infektion zu etablieren. Um sich in der Pflanze verbreiten zu können, exprimieren Viren sogenannte „movement proteins“ (MP). Für das MP des JSBWMV, welches zur 30K MP-Familie gehört, wurde in dieser Arbeit eine Lokalisation an Plasmodesmen, den Zell-Zell Kontakten zwischen Pflanzenzellen und an Punkten in der Plasmamembran gezeigt, bei der ebenfalls eine Interaktion des MP mit sich selbst beobachtet wurde. Die Bedeutung von MPs für den interzellulären viralen Transport und Schutz der viralen RNA werden durch die Ergebnisse unterstützt. Um Erkenntnisse über die Interaktion zwischen dem JSBWMV MP und der pflanzlichen Zelle zu erlangen, wurden MP-interagierende RNAs und Proteine identifiziert. Für das JSBWMV MP wurden bindende RNA-Moleküle identifiziert, welche für potentielle Transkriptionsfaktoren kodieren. Zwei interagierende Proteine wurden mittels Massenspektrometrie gefunden und die Interaktion konnte in weiteren Experimenten bestätigt werden. Das „pentatricopeptiderepeat-containing Protein“ (PPR), gehört wahrscheinlich zur P-Klasse der PPR-Proteine. Für das N-terminal Fluoreszenz-markierte PPR wurde eine Lokalisation im Zytoplasma und an Plasmodesmen beobachtet, während für das C-terminal Fluoreszenz-markierte PPR eine chloroplastidäre Lokalisation gezeigt wurde. Das PPR-Protein spielt möglicherweise eine Rolle in der Regulation von mRNA in den Chloroplasten. Darauf deuten RNA-Immunpräzipitationen (RIPs) hin, in denen interagierende RNA-Moleküle identifiziert wurden. Das „heat shock protein 70“ (HSP70) gehört zu den Chaperonen und eine zytoplasmatische und eine Kern-Lokalisation konnte experimentell beobachtet werden. Eine erhöhte Expression vom HSP70 in N. benthamiana als Reaktion auf die über-Expression von JSBWMV MP wurde gezeigt. RIP-Experimente weisen auf die Rolle des HSP70 im pflanzlichen Immunsystem hin. Als Interaktionspartner von HSP70 als auch MPJSBWMV wurden beta-1,3-Glucosidase RNAs identifiziert. Beta-1,3-Glucosidasen sind Hauptakteure in der Regulation der Plasmodesma-Öffnungsweite und stellen einen Link zwischen den beiden Proteinen und Plasmodesmen her. Die erlangten Ergebnisse über die Wechselwirkung zwischen dem MP vom JSBWMV und den pflanzlichen Interaktionspartnern PPR und HSP70 geben Einblicke in das Infektionsgeschehen von JSBWMV. Die Erkenntnisse können in Zukunft dafür genutzt werden, neue Abwehrstrategien gegen das Virus in der Pflanze zu entwickeln.

Diese Dissertation wurde nur als Druckausgabe veröffentlicht.