Daniela Büttner

Funktionelle Charakterisierung der Region von hrpE bis hrpF in Xanthomonas campestris pv. vesicatoria

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 18.10.2002

Abstract
Das Gram-negative Bakterium Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ist der Erreger der bakteriellen Fleckenkrankheit bei Paprika und Tomate und einer der Modellorganismen zum Studium bakterieller Pflanzenpathogene. Essentiell für die Interaktion mit der Wirtspflanze ist ein Typ-III-Sekretionssystem (TTSS), das die Proteinsekretion in das extrazelluläre Medium sowie die Translokation von Effektorproteinen in die pflanzliche Wirtszelle ermöglicht. Das TTSS wird von hrp-Genen kodiert, die in einem chromosomalen Cluster in sechs Transkriptionseinheiten, hrpA bis hrpF, organisiert sind. In dieser Arbeit wurde die Funktion von hrpF sowie benachbarter Gene in der hrpE-hrpF-Region näher charakterisiert. Durch genetische und biochemische Analysen konnten funktionell wichtige Proteinregionen in HrpF identifiziert werden. Die Ergebnisse von Membraninsertionsstudien unterstützen die Hypothese, daß HrpF als Komponente des postulierten Typ-III-Translokons in die pflanzliche Zellmembran inseriert. Der Nachweis einer HrpF-abhängigen Porenbildung in künstlichen Membranen deutet dabei auf die Existenz eines Translokationskanals hin. Neben hrpF wurden die Funktionen von hpaB und hpaE (hpa, "hrp associated"), zwei Genen des hrpE-Operons, sowie von hpaD analysiert. hpaD wurde als ein neues Gen des hrp-Genclusters von X. campestris pv. vesicatoria identifiziert. Die experimentellen Daten zeigen, daß einige Hpa-Proteine an der Typ-III-abhängigen Sekretion von Effektorproteinen beteiligt sind.

The Gram-negative bacterium Xanthomonas campestris pv. vesicatoria is the causal agent of bacterial spot in pepper and tomato and one of the model organisms to study bacterial plant pathogens. Essential for the interaction with the host plant is a type III secretion system (TTSS) which mediates protein secretion into the extracellular medium as well as translocation of effector proteins into the eukaryotic host cell. The TTSS is encoded by hrp genes which are organized in a chromosomal cluster comprising six operons, hrpA to hrpF. In this study, the function of hrpF as well as of several genes located in the hrpE-hrpF region was characterized. Based on genetic and biochemical analyses, important functional regions of HrpF were identified. The hypothesis that HrpF is inserted into the plant plasma membrane as a component of the predicted type III translocon is supported by the results of membrane insertion studies. The finding of a HrpF-dependent pore-forming activity indicates the presence of a translocation channel in the host cell membrane. Besides hrpF, the functions of hpaB and hpaE (hpa, hrp associated), which are located in the hrpE operon, as well as of hpaD were analyzed. hpaD was identified as a novel gene in the hrp gene cluster of X. campestris pv. vesicatoria. The experimental data indicate that some Hpa proteins are involved in type III secretion of effector proteins.

Keywords:
Bakterielle Fleckenkrankheit, hrp-Gene/ Pathogenität, Typ-III-Sekretionssystem, Sekretionssignal, Typ-III-Translokon, Membraninsertion, Transmembrankanal, Typ-III-Sekretionschaperone, regulatorische mRNA

Bacterial spot disease, hrp genes, pathogenicity, type III-secretion system, secretion signal, type III-translocon, membrane insertion, transmembrane channel, type III-secretion chaperones, regulatory mRNA

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Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung / Summary (ii-iii)
Inhaltsverzeichnis, Abbildungs-, Tabellen- und Abkürzungsverzeichnis (iv-vii)
1. Einleitung (1-21)
2. Ergebnisse (22-62)
3. Diskussion (63-75)
4. Literaturverzeichnis (76-87)