jörg kämper mpi für terrestrische mikrobiologie marburg

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Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg Zeae maydis morbus ad ustilaginem vulgo relatus F.J.Imhof, 1784 Regulating networks and pathogenicity in Ustilago maydis

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Zeae maydis morbus ad ustilaginem vulgo relatus F.J.Imhof, 1784. Regulating networks and pathogenicity in Ustilago maydis. Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg. Economical losses by smut fungi: - high annual losses, local losses sometimes more than 25% - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Jörg KämperMPI für terrestrische Mikrobiologie

Marburg

Zeae maydis morbus ad ustilaginem vulgo relatus F.J.Imhof, 1784

Regulating networks and

pathogenicity in Ustilago maydis

Page 2: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg
Page 3: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Economical losses by smut fungi:

- high annual losses, local losses sometimes more than 25%

Ustilago hordei: 0.7 - 1,4% loss/year (Canada)appr. 17.6 Mio US $/year

Ustilago maydis: usually less than 2%, but up to 70%2% in USA equals about 380 Mio US $!!!

Page 4: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Economical losses by smut fungi:

- high annual losses, local losses sometimes more than 25%

Ustilago hordei: 0.7 - 1,4% loss/year (Canada)appr. 17.6 Mio US $/year

Ustilago maydis: usually less than 2%, but up to 70%2% in USA equals about 380 Mio US $!!!

Related to rust fungi (obligat biotroph)

- extremly high annual losses- Epidemics

Page 5: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

saprophyticphase

Page 6: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Saprophytic phase:Simple cultivation under lab conditionsVarious molecular techniques:

- gene replacement- ARS plasmids- regulatable promoters- GFP reporter- REMI- transposon tagging- fast infection model

saprophyticphase

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4 days

Pant infection with Ustilago maydis

Page 8: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

7 days

Pant infection with Ustilago maydis

Page 9: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Page 10: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Page 11: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Page 12: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Page 13: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Page 14: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Life cycle of Ustilago maydisLife cycle of Ustilago maydis

Page 15: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

plant signals?

pathogenic developmentsexual developmentNuclear fusionSpore formation

b:

pheromone signallinga:

autocrineresponse

filamentous growth

a:b:

Function of the a and b mating type loci

a1b1 a2b2

a1b1 a2b2

a1a2b1b2

Page 16: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

sexual reproduction

50 % 50 %

Problems in mating populations

Page 17: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

50 % 50 %

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sexual reproduction

Problems in mating populations

Page 18: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

50 % 50 %

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sexual reproduction

Problems in mating populations

Page 19: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

50 % 50 %

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benötigt.Zur Anzeige wird der QuickTime™

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sexual reproduction

- some restrictions may apply.....

Problems in mating populations

Page 20: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

25 % 25 %

sexual reproduction

Problems in mating populations

a1b1 a2b1

a1b2 a2b2

Page 21: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

25 % 25 %

sexual reproduction

self/nonself recognition systems

Fungi:tetrapolar mating systemsvegetative incompatibilityPlants: pollen rejectionAnimals: MHC

Problems in mating populations

a1b1 a2b1

a1b2 a2b2

Page 22: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Podospora anserina

sexual reproduction

self/nonself recognition systems

Fungi:tetrapolar mating systemsvegetative incompatibilityPlants: pollen rejectionAnimals: MHC

Page 23: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Problems in mating populations

sexual reproduction

self/nonself recognition systems

Fungi:tetrapolar mating systemsvegetative incompatibilityPlants: pollen rejectionAnimals: MHC

Page 24: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

< 50 % < 50 %

Problems in mating populations

sexual reproduction

self/nonself recognition systems

Fungi:tetrapolar mating systemsvegetative incompatibilityPlants: pollen rejectionAnimals: MHC

Page 25: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

Two component self/nonself discrimination systems

self

non-self

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Mutation

Two component self/nonself discrimination systems

Consequences:plants: self-pollinationfungi: cell death

self-fertility

Recognition as: non-self

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Mutation

Two component self/nonself discrimination systems

Recognition as: non-self

?

Page 28: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

The b mating type encodes the central regulator for pathogenic development

Page 29: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

The b mating type encodes the central regulator for pathogenic development

- specificity is determined within the variable domains

- variable domains are sufficient for dimerization- mutations within the variable domain alter

dimerization AND specificity

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Page 31: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

- sequencing: 18 strains from ATCC- screening of > 200 field isolates for novel RFLP- identification of one novel specificity

342

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Page 33: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

b4b

b2 b10 b2b2 b10 b2

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Page 35: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

b8 b16 b8

b5

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Page 37: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

bW3 bE3

bW4 bE4

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Page 39: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg
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Page 42: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

resistence gene

PCR-based system*:homologous recombination up to 100%

Genetic manipulations: gene replacement

*Schreier, P und Kämper, J: European Patent 1 279 741 A1

Page 43: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

PCR-knockout

Page 44: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

a

a

PCR-knockout

SfiI: ggccnnnn nggcc

resistance cassette

Page 45: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

PCR-knockout

Page 46: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

PCR-knockout

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Page 48: Jörg Kämper MPI für terrestrische Mikrobiologie Marburg

rb2.2nrb2.1n

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283 Eco RI •597 Pst I •

1296 Sfi I •

1584 Pst I •1594 Not I •

2271 Nco I •2290 Pst I •

2380 Eco RI •

2625 Nco I •

3180 Sfi I •

3767 Eco RI •

• Sna BI 4121• Eco RI 4230

• Pst I 4235• Not I 4256

• Pst I 5402

• Nco I 5785

pCR-b-ko-neu(+)

7837 bp

lb

rb

hph