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要旨

Der Lebenszyklus von Ustilago maydis, dem Erreger des Maisbeulenbrandes, beginnt mit der Ausbildung von Konjugationshyphen und der anschließenden Fusion zweier haploider Sporidien. Die Infektion der Wirtspflanze erfolgt daraufhin nach Ausbildung des Dikaryons durch Appressorien. Diese Entwicklungsprozesse werden durch die beiden Paarungstyploci a und b kontrolliert. Während der bialellische a-Locus Zell-Zellerkennung und Zellfusion reguliert, werden die weiteren Entwicklungsschritte durch den multiallelischen b-Locus kontrolliert. Die Regulation der Expression beider Loci sowie des morphologischen Wechsels erfolgt, neben einem cAMP-Signalweg, über ein konserviertes MAPK-Modul, bestehend aus der MAPKKK Kpp4, der MAPKK Fuz7 und den MAPK Kpp2 und Crk1. Die Aktivierung des MAPK-Moduls erfolgt, nach der Perzeption kompatiblen Pheromons durch anschließende hierarchische Phosphorylierung am konservierten TEY-Motiv. Während in anderen Organismen dual spezifische Protein-Tyrosin-Phosphatasen beschrieben wurden, welche die MAPK durch die Dephosphorylierung des TEY-Motivs negativ regulieren, waren solche Phosphatasen in U. maydis bisher nicht bekannt. In dieser Arbeit wurden mit Rok1 und Mkp2 zwei potentielle Msg5p-homologe dual spezifische Protein-Tyrosin-Phosphatasen identifiziert. rok1 zeigt eine Pheromon-abhängig und mkp2 eine cAMP-abhängig induzierte Expression. Während solopathogene mkp2- Deletionsstämme eine reduzierte Filamentation und eine leicht erniedrigte Virulenz zeigten führte die rok1-Deletion zu einem gegensätzlichen Phänotyp. rok1-Deletionsmutanten zeigen Filamentation, unabhängig von externen Stimuli und kompatiblen b-Loci sowie eine verstärkte transkriptionelle Pheromonantwort. Dementsprechend führt die Überexpression von rok1 zur Inhibition der transkriptionellen und morphologischen Pheromonantwort und verhindert so die Paarung kompatibler Sporidien. Des Weiteren zeigen rok1-Deletionsmutanten eine drastisch erhöhte Virulenz, welche durch vermehrte Appressorienbildung und die effizientere Kolonisierung der Pflanze zu erklären ist. In Wildtyp-Stämmen wird eine effiziente Appressorienbildung nur durch die Kombination der beiden Stimuli „hydrophobe Oberfläche“ und „Fettsäure“ induziert, wohingegen für rok1-Deletionstämme eine hydrophobe Oberfläche ausreicht die Appressorienbildung effizient, sogar über das Maß der maximalen Induktion im Wildtypstamm hinaus, zu induzieren. Somit reguliert Rok1 nicht nur die Pheromonantwort sondern auch die Induktion der Appressorienbildung. Epistasis-Analysen ordnen Rok1 unterhalb der MAPK-Kinase Fuz7 ein. Weiterhin ergaben phosphospezifische Westernanalysen, die Repression der Phosphorylierungsmagnitude der MAP-Kinasen Kpp2 und Kpp6 nach Pheromon-Stimulation durch rok1. Die Repression der MAPKs durch Rok1 spiegelt sich ebenfalls in der Suppression pathogenitätsassoziierter Phänotypen beider MAPKEinzeldeletionsmutanten durch Deletion von rok1 wieder. Somit ist es in der vorliegenden Arbeit erstmals gelungen eine Protein-Phosphatase als negativen Regulator des Kpp2/Kpp6-MAPK-Moduls in U. maydis zu identifizieren und zu charakterisieren. Aufgrund der Eigenschaften der Phosphatase führt die Deletion von rok1 zur genetischen Aktivierung des MAPK-Modul und bietet somit erstmals die Möglichkeit dessen Rolle auch während der biotrophen Entwicklung von U. maydis weiter zu untersuchen.