Functional characterization of a fungal gene family encoding plant defense response-eliciting proteins in Trichoderma biocontrol species

Abstract

Spezies des filamentösen Pilzes Trichoderma sind in der Natur weit verbreitet. Trichoderma atroviride und Trichoderma virens werden in der Landwirtschaft als biologische Pflanzenschutzmittel verwendet und stellen daher eine Alternative zu chemischen Pestiziden dar. Cerato-Platanine sind kleine, sezernierte Proteine, die mit der Induktion von Abwehrreaktionen in Pflanzen und allergischen Reaktionen bei Menschen assoziiert werden. Die primäre Funktion von Cerato-Plataninen ist bisher jedoch nicht bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden ob Cerato-Platanine in den Pilzen T.<br />atroviride und T. virens eine wichtige Funktion während des Wachstums erfüllen und wie die entsprechenden Gene reguliert sind. Cerato-Platanine in T.atroviride heißen EPLs (eliciting plant-response-like proteins) und in T. virens SMs (small proteins). Es wurden phänotypische Untersuchungen der epl1, epl2, epl1epl2 und sm1, sm2 Gen-Knockout Stämme auf folgende Eigenschaften hin durchgeführt:<br />Wachstum auf Agar-Platten, Bildung der Lufthyphen, Konidienbildung, Biomasseausbildung, Chlamydosporen-Bildung, osmotischer Stress, Zellwand Stress und Mykoparasitismus. In diesen Analysen wurden jedoch weder in T. atroviride noch in T. virens Unterschiede zwischen dem Wildtyp/ Mutterstamm und den Gen-Knockout-Stämmen gefunden. Zusätzlich wurden die Genexpression der drei Gene, die für die Cerato-Platanine in T. atroviride (epl1, epl2, epl3) und T. virens (sm1, sm2, sm3) kodieren, untersucht. Während epl1/ sm1 vorwiegend während des Hyphenwachtsums exprimiert sind, waren epl2/ sm2 nur während der Sporenbildung exprimiert und epl3/ sm3 waren unter diesen Bedingungen so gut wie gar nicht exprimiert. Diese Ergebnisse zeigten, dass die drei Gene die für die Cerato-Platanine kodieren weder in T. atroviride noch in T. virens co-reguliert sind und diese Gene in unterschiedlichen Entwicklungsstadien exprimiert werden.<br />

Species of the filamentous fungus Trichoderma are commonly found in nature. T. atroviride and T. virens are used in agriculture as biological pesticides. Cerato-platanins are small, secreted proteins and they are associated with the induction of defense responses in plant and allergic reactions in humans. The primary function of cerato-platanins is not known yet. The aim of this thesis was to investigate the potential involvement of cerato-platanins in hyphal growth and development in T. atroviride and T. virens and to analyze their gene regulation.<br />In T.atroviride cerato-platanins are called EPLs (eliciting plant-response-like proteins) and the orthologues in T. virens are called SMs (small proteins). Morphological analysis of the gene knockout strains from T. atroviride (epl1, epl2, epl1epl2) and T. virens (sm1,sm2) were carried out, including growth on agar plates, formation of aerial hyphae, conidiation, cell wall/osmotic stress, chlamydospore formation and mycoparasitic potential. In all this analysis was no different between the wild-type/ parental strain and gene knockout strains observed, suggests that these proteins are not essential for fungal growth and development of T.atroviride and T. virens.<br />Furthermore, the gene expression of the three genes of T. atroviride (epl1, epl2, epl3) and T. virens (sm1, sm2, sm3) were investigated. The results showed that epl1/sm1 are expressed during hyphal growth, whereas epl2/sm2 were only expressed during spore formation. For epl3/sm3 hardly any expression was observed. These findings showed that in T. atroviride and in T. virens the three genes encoding cerato-platanins are not co-regulated, but are expressed during different growth stages.<br />