Isolierung und Analyse haploider Ustilago maydis Stämme, die ein b-abhängiges Expressionsmuster zeigen

Ustilago maydis ist der Erreger des Maisbeulenbrands.
Vorraussetzung für eine erfolgreiche Infektion sind Fusion zweier
kompatibler, haploider Zellen und die folgende Ausbildung eines
dikaryotischen Filaments. Diese Prozesse werden durch die beiden
Paarungstyploci a und b kontrolliert. Der a-Locus kodiert für ein
biallelisches Pheromon/Pheromonrezeptor-System, das die
Zell/Zell-Erkennung und die Zellfusion reguliert. Die folgende
pathogene Entwicklung wird durch den multiallelischen b-Locus
kontrolliert, der für zwei Homeodomänenproteine kodiert, bW und bE.
Nach der Fusion der haploiden Sporidien können sich
bE/bW-Heterodimere ausschließlich aus bW und bE-Proteinen
unterschiedlicher Allele bilden. Diese regulieren das filamentöse
Wachstum, die Penetration der Pflanzenoberfläche, das Wachstum in
der Pflanze und die Tumorinduktion. Das Ziel dieser Arbeit war es,
regulatorische Gene aus U.maydis zu identifizieren, die an der
Kontrolle der b-abhängigen, pathogenen Entwicklung beteiligt sind.
Es wurde versucht, in einem direkten Selektionsprozess haploide,
pathogene Stämme zu isolieren, die aus einer REMI-Mutagenese
hervorgingen. Um eine möglichst breite Mutagenese zu erreichen,
wurde eine neuartige Mutagenesestrategie angewandt, die neben
Geninaktivierung ("loss of function") auch eine mögliche
Aktivierung der Genexpression der betroffenen Loci ("gain of
function") berücksichtigte. In einer weiteren UV-Mutagenese wurden
durch Nutzung von egl1 als Reportergen Stämme isoliert, die
EG-Aktivität zeigten. Die Expression des b-abhängigen, aber
vermutlich nicht direkt durch das bE/bW-Heterodimer regulierten
Gens egl1 sollte dabei eine Mutation in einem regulatorischen Gen
anzeigen, das wiederum unter der Kontrolle von b stehen könnte. Es
wurde angenommen, dass die interessantesten Stämme neben egl1
weitere b-abhängige Gene exprimieren. Eine komplexe Deregulation
der Genexpression b-abhängiger Gene in haploiden Zellen sollte die
Zentralität des betroffenen Regulators innerhalb der
b-Regulationskaskade anzeigen. Die Komplementation des Stammes
MR9-1 führte zur Isolierung eines regulatorischen Gens. hda1
kodiert für ein Protein mit signifikanter Homologie zu
Histondeacetylasen und ist an der Kontrolle der differentiellen
Genexpression in haploiden und dikaryotischen Zellen, und später an
der Sporenentwicklung im Tumor entscheidend beteiligt. Hda1 wirkt
in haploiden Zellen nicht als genereller Regulator der
Genexpression, sondern bestimmt ein spezifisches Set von
hda1-abhängigen Genen, das sich vornehmlich aus b-abhängigen Genen
und den b-Genen selbst zusammensetzt. Haploide ∆hda1-Stämme
vollziehen nicht die pathogene Entwicklung; nur dikaryotische
∆hda1-Zellen führen zur Tumorentwicklung, leiten jedoch nicht die
Bildung von Sporen im Tumorgewebe ein. Funktionelle und
biochemische Analysen zeigen in haploiden Zellen einen
hochmolekularen Hda1-Komplex, der vermutlich den Aufbau einer höher
geordneten Chromatinstruktur an regulatorischen Sequenzen bestimmt.
Vermutlich kann Hda1 über einen Deacetylierungsmechanismus
regulatorischer Sequenzen zur Repression b-abhängiger Gene führen.