Regulation des Mais-induzierten mig2-Genclusters in Ustilago maydis

Der Erreger des Maisbeulenbrands, Ustilago maydis, induziert die Entwicklung von Tumoren bei der Maispflanze. Die pathogene Entwicklung von U. maydis beginnt mit der Fusion zweier kompatibler haploider Sporidien. Das entstehende dikaryotische Filament penetriert die Pflanzenoberfläche und proliferiert im Pflanzengewebe. In einem "differential-display"-Ansatz wurden Gene identifiziert, die ausschließlich während der biotrophen Phase exprimiert sind. Die fünf zueinander hoch homologen mig2-Gene sind in einem Gencluster angeordnet. Die ähnlichen Expressionsprofile lassen eine Koregulation aller mig2-Gene vermuten. Zur Untersuchung der Regulation wurde der am stärksten differentiell induzierte mig2-5-Promotor vor ein egfp-Reportergen kloniert, um in einer Mutationsanalyse cis-regulatorische Elemente zu identifizieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass alle zur Expression notwendigen Elemente innerhalb der ersten 350 bp des mig2-5-Promotors lokalisiert sind. Die Basalpromotorsequenzen aller mig2-Gene sind hochkonserviert und besitzen ein Inr-Element mit zwei Haupttranskriptionsstartpunkten sowie eine TATA-ähnliche Box an vergleichbaren Positionen. Zudem ließen sich konservierte Bereiche identifizieren, die für die Induktion in der Pflanze notwendig sind. Hierfür verantwortliche cis-Elemente konnten in einem 70 bp umfassenden Bereich lokalisiert werden. Durch gezielte Mutationen von 5'-CCA-3'-Sequenzen und Konstruktion eines artifiziellen Promotors mit multiplen CCA-Motiven konnte gezeigt werden, dass diese Motive für die induzierbare Aktivität verantwortlich sind. Unter Berücksichtigung des Sequenzkontextes konnte für mig2-5 das 5'-CCAMC-3'-Motiv als potentielle Aktivatorbindesequenz abgeleitet werden. In der Genomsequenz von U. maydis konnte ein weiteres mig2-Homolog, mig2-6, identifiziert werden. Das mig2-6-Gen liegt auf einem anderen Chromosom als der mig2-Gencluster, weist aber ein ähnliches pflanzenspezifisches Expressionsprofil auf. Im Vergleich zu den mig2-Clustergenen ist mig2-6 in der Pflanze am stärksten induziert. Die vergleichende Analyse aller mig2-Promotoren, erlaubte die Ableitung eines Konsensusmotivs 5'-MNMNWNCCAMM-3', das in allen mig2-Promotoren gehäuft vorkommt. Außerdem konnte ein Zusammenhang zwischen der Stärke des Promotors, dem Vorliegen von Konsensusmotiven und ihren Abständen zueinander, sowie das Vorhandensein von konservierten Basalpromotorelementen hergestellt werden. Darüber hinaus gelang es potentielle mig2-Aktivatoren basierend auf den von ihnen erkannten Bindesequenzen einzugrenzen