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Abstract

In U. maydis ist die Zell-Zellerkennung über ein Pheromon-Rezeptor-System essentiell für die pathogene Entwicklung. Nach Pheromonstimulation werden ein cAMP-Signalweg und eine MAPK-Kaskade aktiviert, jedoch ist der genaue Mechanismus der Signalübermittlung von dem Pheromonrezeptor Pra ins Zellinnere unbekannt. In Analogie zu anderen Pilzen wurde postuliert, dass ein G-Protein als Signalübermittler fungiert. In U. maydis wurden vier Ga-Untereinheiten gpa1-gpa4 identifiziert, aber nur Gpa3 konnte bisher eine Funktion im cAMP-Signalweg zugeordnet werden. Es blieb ungeklärt, ob die restlichen Ga-Untereinheiten untereinander und zu Gpa3 funktionell redundant sind. In dieser Arbeit wurde der C-Terminus des Rezeptors Pra als wichtiger Bereich für die Signalweiterleitung identifiziert. Zellen, die ein C-terminal deletiertes Rezeptorprotein exprimieren, können nach Pheromonstimulation keine Konjugationshyphen ausbilden, sind jedoch noch in der Lage mit Wildtypzellen zu fusionieren und dikaryotische Filamente zu bilden. Dieser Defekt konnte auf eine fehlende Stimulation der MAPK-Kaskade eingegrenzt werden und deutet darauf hin, dass die MAPK-Kaskade über eine mit dem Pra1-C-Terminus interagierende Komponente aktiviert wird. Die funktionelle Redundanz der Ga-Untereinheiten wurde anhand von Stämmen untersucht, die nur Gpa3 oder keine funktionelle Ga-Untereinheit exprimieren. gpa1 gpa2 gpa4-Dreifachdeletionsmutanten zeigten eine wildtypartige Pheromonantwort und eine vollständige pathogene Entwicklung, jedoch reduzierte Sporenbildung. Die Ga-Untereinheiten Gpa1, Gpa2 und Gpa4 sind demnach im Lebenszyklus von U. maydis nicht essentiell. Ga-Nullmutanten zeigten phänotypisch keinen Unterschied zu gpa3-Einzeldeletionsmutanten und waren cAMP-revertierbar. In Bezug auf die Pheromonantwort wird demnach nur Gpa3 benötigt. Die cAMP-revertierbaren Phänotypen konnten auf die Appressorienbildung und Penetration erweitert werden. Dabei wurde erstmals die Bildung von „knospenden Filamenten" beschrieben, die auf der Pflanzenoberfläche und anderen hydrophoben Oberflächen auftritt. Die Pathogenität war durch cAMP-Zugabe nicht revertierbar, was zeigt, dass die Signalgebung durch Gpa3 für die Tumorentwicklung benötigt wird. Gpa3 ist somit die zentrale regulatorische Ga-Untereinheit im Lebenszyklus von U. maydis und funktionell nicht durch eine andere Ga-Untereinheit ersetzbar. Microarray-Analysen zeigten, dass in der Dreifachdeletionsmutante die Basalexpression weniger Gene der Pheromonantwort und des Metabolismus reduziert war, was die Pheromonantwort aber nicht beeinträchtigte. In der Transkriptomanalyse der gpa3-Deletionsmutante wurden insgesamt 163 im Vergleich zum Wildtypstamm differenziell exprimierte Gene identifiziert. Die Analyse dieser Gene ergab, dass Gpa3 den Nährstoffstatus der Zelle abbildet und an der Glucoserepression beteiligt ist. Das deutlich unterschiedliche Expressionsprofil im Vergleich zur Dreifachdeletionsmutante bestätigte die funktionell nicht-redundante Funktion von Gpa3.