An investigation into possible sugar signaling events during the infection of wheat with Puccinia triticina
Loading...
Date
2007
Authors
Liebenberg, Johannes Jacobus Rabie
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: Puccinia triticina (leaf rust) is an obligate biotrophic fungus. It is a major pathogen of Triticum aestivum (wheat) all over the world. In a previous study, two differentially expressed genes were cloned from resistant wheat infected with P. triticina. According to the sequence analysis, the first encoded a cell wall invertase (TaCwi01) and the other a monosaccharide transporter (TaMst01). These two genes and their encoded proteins appear to play a role during sugar signaling. Sugar signaling has already been described in several plant-pathogen interactions. In this study, the presence of sugar signaling as well as the roles of TaCwi01, TaMst01 and a hexokinase gene in the leaf rust – wheat interaction were investigated. Gene expression studies of all three genes showed both early as well as late changes in expression. TaCwi01 gene expression showed an early induction in IS plants at 3 hpi followed by an immediate and complete inhibition until 36 hpi. Expression in IR plants was repressed for the duration of the study with a transient increase at 21 hpi. Enzyme activity analysis revealed a similar pattern of the expression with a significant activation in both IS and IR plants at 27 and 24 hpi respectively. Results of TaMst01 expression revealed both an early induction at 3 to 6 hpi and a late induction at 33 hpi in IS and IR plants. The later induction in expression of TaMst01 was reflected in the significant increase in MST activity at 30 hpi. Hexokinase expression analysis showed a slight increase in expression from 0 to 6 hpi in both IS and IR plants. This was again associated with increased enzyme activity shortly after infection. Furthermore it was shown that due to a SCPU domain in the polypeptide sequence of TaCwi01, it is possible that this gene could have originated from the pathogen. It was concluded that a putative sugar signaling took place during the infection of wheat with leaf rust and that all three genes played a definite role.
Afrikaans: Puccinia triticina (blaarroes) is ‘n verpligte biotrofiese fungus wat die totale jaarlikse opbrengs van Triticum aestivum (koring) regoor die wereld bedreig. Tydens ‘n vorige studie is twee gene wat differensieël tot uiting kom uit weerstandbiedende koring na blaarroesinfeksie, gekloneer. Nadat die nukleotiedvolgorde bepaal is, is bevind dat hierdie gene vir ‘n selwandinvertase (TaCwi01) en ‘n monosakkarieddraerproteïen (TaMst01) kodeer. Beide hierdie gene en hul gekodeerde proteïene blyk ‘n rol tydens suikerseintransduksie te speel. Hierdie seinoordraging deur suiker is al tydens verskeie plant-patogeen interaksies aangetoon. Tydens hierdie studie is die rol van suikerseintransduksie sowel as die rol van die twee bogenoemde gene asook ‘n derde heksokinasegeen tydens die blaarroes – koring interaksie bepaal. Al drie gene het beide ‘n vroeë sowel as ‘n latere verandering in geenuitdrukking getoon. Die uitdrukking van TaCwi01 in IS plante het 3 ure na infeksie ‘n verhoging getoon, maar dit is direk daarna gevolg deur volkome inhibisie van uiting tot en met 36 ure na infeksie. Die uitdrukking van TaCwi01 in IR plante is dadelik onderdruk behalwe vir ‘n tydelike verhoging in uitdrukking teen 21 ure na infeksie. In beide IS en IR plante het invertase aktiwiteit dieselfde tendens as die uitdrukkingsprofiel van die geen getoon. TaMst01 geenuitdrukking resultate het beide ‘n vroeë en latere induksie getoon. In beide IS en IR plante het verhogings in geenuitdrukking van 3 tot 6 ure na infeksie asook later weer teen 33 ure na infeksie voorgekom. Die latere induksie is ook in die MST ensiemaktiwiteitanalise met ‘n groot verhoging in aktiwiteit gereflekteer. Heksokinase geenuiting het in beide IR en IS plante van 0 tot 6 ure na infeksie toegeneem. Dieselfde patroon is ook in die ensiemaktiwiteitsprofiel waargeneem. Die voorkoms van ‘n SPCU domein in die TaCwi01 ensiem dui daarop dat dit dalk ‘n patogeengeen is. Die finale gevolgtrekking wat gemaak kan word is dat al drie bogenoemde gene wel ‘n rol tydens ‘n moontlike suikerseintransduksie gebeurtenis kan 106 speel en dat laasgenoemde tydens die infeksie van koring met blaarroes wel plaasgevind het.
Afrikaans: Puccinia triticina (blaarroes) is ‘n verpligte biotrofiese fungus wat die totale jaarlikse opbrengs van Triticum aestivum (koring) regoor die wereld bedreig. Tydens ‘n vorige studie is twee gene wat differensieël tot uiting kom uit weerstandbiedende koring na blaarroesinfeksie, gekloneer. Nadat die nukleotiedvolgorde bepaal is, is bevind dat hierdie gene vir ‘n selwandinvertase (TaCwi01) en ‘n monosakkarieddraerproteïen (TaMst01) kodeer. Beide hierdie gene en hul gekodeerde proteïene blyk ‘n rol tydens suikerseintransduksie te speel. Hierdie seinoordraging deur suiker is al tydens verskeie plant-patogeen interaksies aangetoon. Tydens hierdie studie is die rol van suikerseintransduksie sowel as die rol van die twee bogenoemde gene asook ‘n derde heksokinasegeen tydens die blaarroes – koring interaksie bepaal. Al drie gene het beide ‘n vroeë sowel as ‘n latere verandering in geenuitdrukking getoon. Die uitdrukking van TaCwi01 in IS plante het 3 ure na infeksie ‘n verhoging getoon, maar dit is direk daarna gevolg deur volkome inhibisie van uiting tot en met 36 ure na infeksie. Die uitdrukking van TaCwi01 in IR plante is dadelik onderdruk behalwe vir ‘n tydelike verhoging in uitdrukking teen 21 ure na infeksie. In beide IS en IR plante het invertase aktiwiteit dieselfde tendens as die uitdrukkingsprofiel van die geen getoon. TaMst01 geenuitdrukking resultate het beide ‘n vroeë en latere induksie getoon. In beide IS en IR plante het verhogings in geenuitdrukking van 3 tot 6 ure na infeksie asook later weer teen 33 ure na infeksie voorgekom. Die latere induksie is ook in die MST ensiemaktiwiteitanalise met ‘n groot verhoging in aktiwiteit gereflekteer. Heksokinase geenuiting het in beide IR en IS plante van 0 tot 6 ure na infeksie toegeneem. Dieselfde patroon is ook in die ensiemaktiwiteitsprofiel waargeneem. Die voorkoms van ‘n SPCU domein in die TaCwi01 ensiem dui daarop dat dit dalk ‘n patogeengeen is. Die finale gevolgtrekking wat gemaak kan word is dat al drie bogenoemde gene wel ‘n rol tydens ‘n moontlike suikerseintransduksie gebeurtenis kan 106 speel en dat laasgenoemde tydens die infeksie van koring met blaarroes wel plaasgevind het.
Description
Keywords
Wheat -- Breeding -- South Africa, Wheat -- Disease and pest resistance -- South Africa, Leaf rust of wheat -- South Africa, Dissertation (M.Sc. (Plant Sciences))--University of the Free State, 2007