Die kombinatorische Regulation eines Transkriptions-Netzwerks reguliert die Pflanzeninfektion von Ustilago maydis

Der Basidiomyzet Ustilago maydis besitzt einen dimorphen Lebenszyklus, bei dem sexuelle und pathogene Entwicklung eng miteinander verknupft sind und in Verbindung mit der Wirtspflanze Mais ablaufen. Die komplexen Entwicklungsveranderungen mussen streng reguliert werden und erfordern die Integration verschiedenster Signalwege. Der Wechsel von hefeartigem, saprophytischem Wachstum zur Ausbildung des pathogenen dikaryotischen Filaments wird durch ein eng verbundenes Netzwerk aus Transkriptionsfaktoren kontrolliert. Dieses Netzwerk integriert die Pheromon-Perzeption zweier kompatibler Sporidien, wodurch die Zellfusion ermoglicht wird, sowie den anschliesenden Beginn der biotrophen Entwicklung durch die Bildung des heterodimeren bE/bW-Transkriptionsfaktorkomplexes. Das bE/bW-Heterodimer lost eine Regulationskaskade aus, die masgeblich vom Master-Regulator Rbf1 gesteuert wird. Wahrend der Pflanzenpenetration wird die Funktion beider Proteine durch die Wechselwirkung mit Clp1 gehemmt; zu einem spateren Zeitpunkt ist die Expression des "Hauptreglers" Rbf1 nicht mehr nachweisbar. Die b-Kaskade wird weitestgehend reprimiert. Die Expression von bE/bW allein reicht aus, um eine pathogene Entwicklung auszulosen. Die ektopische Expression von Rbf1 lost die initialen Schritte der pathogenen Entwicklung aus. Das betont die zentrale Rolle beider Faktoren. Durch eine Kombination von RNA- und ChIP-Seq Analysen konnte ich die komplexe Kontrolle von Genen durch bE/bW, Rbf1 und Hdp1 wahrend des Ubergangs zur pathogenen Entwicklung zeigen. Sowohl Promotor-Bindung als auch Expressionsdaten zeigen eine komplexe Kontrolle durch bE/bW-Rbf1 und Hdp1-Rbf1 Interaktion und damit verbundene kombinatorische DNA-Bindung. Hdp1 beeinflusst sowohl die prf1- als auch die b-Expression und reagiert sowohl auf Pheromon-Signale als auch auf die Zellfusion und verbindet die b-Kaskade weiter mit dem uber Prf1 gesteuerten Pheromon-Signalweg. Die beiden fur die Pflanzeninfektion essentiellen Transkriptionsfaktoren Biz1 und Hdp2 ubernehmen zu einem spateren Zeitpunkt die zentrale Funktion von Rbf1. Ustilago maydis verwendet unterschiedliche kombinatorisch wirkende Regulatoren um die verschiedenen Signale vor und nach der Infektion der Pflanze zu integrieren und/oder zu differenzieren. Das transkriptionelle Netzwerk, das die Transition von saprophytischem zu biotrophem Wachstum reguliert, ist hierarchisch aufgebaut und lasst sich in Entwicklungsstadium-abhangige Module aufgliedern, die ihrerseits wiederum hierarchisch gegliedert sind. Aufeinanderfolgende Wellen von Transkriptionsfaktoren regulieren gemeinsam die kritischen Veranderungen die mit der Lebensweise von Ustilago maydis einhergehen. Daruber hinaus konnte in dieser Arbeit der Grundstein fur ein CrisprCas basiertes System zur Anreicherung spezifischer DNA-Bereiche mit assoziierten Molekulen gelegt werden. In weiterfuhrenden Experimenten, bei denen die „gene centered“ Analyse von DNA-bindenen Proteinen im Vordergrund steht, wird es moglich sein, weitere Knotenpunkte des Netzwerks zu identifizieren und daruber hinaus die Integration von essentiellen pflanzenspezifischen Signalen zu verstehen.