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Geminivirale Infektion in Interaktion mit DNA-Reparatur- und Schadenstoleranz
(2015) Richter, Kathrin S.; Jeske, Holger (Prof. Dr.)
Durch ihre Neigung zu Rekombinationen und Punktmutationen können sich Geminiviren schnell an neue Wirte und Umweltbedingungen anpassen und bedrohen so weltweit die Erträge wichtiger Nutzpflanzen. Die Vermehrung ihres zirkulären einzelsträngigen DNA-Genoms erfolgt über drei Replikationsmodi: complementary strand replication (CSR), rolling circle replication (RCR) und recombination-dependent replication (RDR). Geminiviren infizieren ausschließlich ausdifferenzierte Zellen und viele Arten bleiben auf kernhaltige Phloemzellen beschränkt. Da sie nur für wenige Proteine kodieren, ist ihre Replikation in erheblichem Maße von DNA-amplifizierenden und -modifizierenden Enzymen des Wirtes abhängig. Diese Arbeit befasst sich mit dem Zusammenspiel der geminiviralen Vermehrungsprozesse und verschiedenen Wegen der DNA-Schadenstoleranz und –Reparatur der Pflanze. Dafür wurden die Infektionen mit Euphorbia yellow mosaic virus (EuYMV) und Cleome leaf crumple virus (ClLCrV) in knock-out- und Reporterlinien der Modellpflanze Arabidopsis thaliana analysiert. Die EuYMV-Infektion erhöhte die Häufigkeit der homologen Rekombination (HR) eines Reportertransgens speziell in Leitgewebe-assoziierten Zellen. Da EuYMV ausschließlich im Phloem nachgewiesen wurde, fördert die geminivirale Infektion vermutlich den HR-Reparaturweg der Wirtspflanze spezifisch in diesem Gewebe. Die Beiträge verschiedener HR-Faktoren zur geminiviralen Replikation, speziell der RDR, wurden durch biolistische Inokulationen von Wildtyp- und knock-out-Linien überprüft. Vielversprechende Schlüsselfaktoren des homologen Strangaustausches wie Rad51 oder Rad54 hatten keinen Einfluss. Das Rad51-Paralog Rad51D trug jedoch wesentlich zur geminiviralen Vermehrung bei, wahrscheinlich durch seine Funktion im HR-Reparaturmodus des single-strand annealing. Ku80, ein Schlüsselfaktor der fehleranfälligen non-homologous end-joining Reparatur, verzögerte den Verlauf der systemischen EuYMV-Infektion. Dieser hemmende Effekt könnte durch die Anhäufung fehlerhafter viraler DNA-Moleküle verursacht werden. Möglicherweise fungiert Ku80 außerdem als Sensor für virale DNA und löst durch die Interaktion mit der Exonuklease Wex eine pflanzliche Abwehrreaktion aus. Darüber hinaus wurde der Beitrag von Transläsionssynthese (TLS)-Polymerasen zur geminiviralen Replikation, speziell zur CSR, mittels biolistischer Inokulation sowie Insektenübertragung analysiert. Keine der TLS-Polymerasen war für die geminivirale Vermehrung notwendig. Jedoch deuten vergleichende Mutationsanalysen von EuYMV-Sequenzen erstmalig auf ihre Beteiligung und redundante Funktion bei der geminiviralen Replikation hin. Diese Ergebnisse lassen insgesamt die genetische Flexibilität der Geminiviren erkennen und könnten so ihre hohe Anpassungsfähigkeit und ihr epidemiologisches Potential erklären.