Deletion of the transcriptional regulator encoding gene xyr1 from Fusarium graminearum and characterisation of biomass, xylanase and cellulase formation of xyr1 negative strains.

Abstract

Die Familie der Fusarium Pilze umfasst zahlreiche Pflanzenschädlinge, die durch ihr breites Wirtsspektrum weltweit große ökonomische Verluste bei Nutzpflanzen verursachen. Besonders Fusarium graminearum, der als einer der Auslöser für partielle Taubährigkeit bekannt ist, trägt über die Bildung von Mykotoxinen zur Qualitätsminderung des Ernteguts bei. Da der Pilz in erster Stufe immer die Zellwand des Wirtes überwinden muss, stellen zellwandlytische Enzyme eine seiner wichtigsten Waffen dar. Aufgrund des komplexen Aufbaus der Planzenzellwand verfügt der Pilz über eine große Anzahl verschiedenster lytischer Enzyme und Untersuchungen bis dato haben gezeigt, dass das Ausschalten einzelner Enzyme die Virulenz des Pilzes meist nicht beeinflusst. Im Zuge dieser Arbeit wurde ein Xylanaseregulator (Xyr1) ausgeschalten. Studien in Aspergillus und Trichoderma zeigten, dass dieser Regulator nicht nur mehrere Zellwand-lytische Enzyme steuert sondern auch einen Teil des Xylose Metabolismus regelt. Durch Protoplastentransformation mittels eines Deletions-Vektors wurden Deletionsstämme erzeugt, in deren Genom das xyr1 Gen durch eine Antibiotikaresistenz gegen Hygromycin B ersetzt wurde. Dann wurden die Mutanten auf verschiedenen Kohlenstoffquellen mittels enzymatischer Tests auf reduzierte Xylanase und Cellulase Aktivität geprüft. Im Weiteren wurden Wachstumsversuche durchgeführt um die Verwertbarkeit verschiedener Zucker zu untersuchen und den Einfluss des Regulators auf den Xylose Metabolismus zu beurteilen. Die Mutanten zeigten eine beeinträchtigte Xylose Verwertung und verminderte Xylanase Aktivität auf Getreidezellwänden, jedoch im Gegensatz zu anderen Pilzen, hatte das Fehlen von Xyr1 keinerlei Auswirkung auf die Cellulase Aktivität der Mutanten.<br />

The genus Fusarium contains various plant pathogens, which cause severe economic losses all over the world by attacking numerous agriculturally important plants. In this study the focus is on Fusarium graminearum, a widespread pathogen and agent of Fusarium head blight (FHB). Beside the production of a variety of mycotoxins during the infection, which make the plant useless for nutrition purposes, the fungus causes reduced yield and kernel size. The fact that the plant cell wall is the first barrier the fungus has to bear down makes cell wall degrading enzymes the crucial point of the assault. As there is a vast arsenal of those lytic enzymes, single deletions of a single one of them have proved not to be method of choice. In this study a central regulatory enzyme of the xylanase system (Xyr1) was deleted as it has turned out to be also involved in the production of numerous lytic enzymes and additionally in the metabolism of xylose. A deletion vector described in a former study, containing the gene for resistance to hygromycin B between promotor and terminator of the xyr1 gene was used for creating [Delta]xyr1 negative strains. These strains were tested for reduced expression of cellulolytic as well as xylanolytic enzymes on different carbon sources. Growth experiments were conducted to evaluate the utilisation of different carbon sources and to check the expected influence of the regulator on the xylose metabolism. Deletion strains turned out to be heavily impaired in xylose utilization and xylanase production on wheat cell walls but unlike other fungi, the absence of the Xyr1 regulator had no effect on the induction of cellulases.