Infection structure-specificity of β-1,3-glucan synthase is essential for pathogenicity of Colletotrichum graminicola and evasion of glucan-triggered immunity

Abstract

β-1,3-Glucan ist das bedeutendste Polysaccharid der Zellwand von Pilzen. Die Funktion des β-1,3-Glucan-Synthase-Gens GLS1 des Mais-Pathogens Colletotrichum graminicola wurde mittels RNA-Interferenz (RNAi), GLS1-Überexpression, Live-Cell-Imaging und Anilinblau-Fluorochrom-Färbung charakterisiert. Hohe β-1,3-Glucan-Gehalte wurden in den Zellwänden von Appressorien und nekrotrophen Hyphen nachgewiesen. Unerwarteter Weise wurden sowohl die GLS1-Expression als auch die β-1,3-Glucan-Gehalte während der biotrophen Entwicklung drastisch reduziert. In Appressorien von RNAi-Stämmen, führte die reduzierte Zellwandstabilität zur Explosion der Appressorien. Während biotrophe Hyphen in den RNAi-Stämmen nicht betroffen waren, zeigten nekrotrophe Hyphen starke morphologische Veränderungen. Die Überexpression von GLS1 führte zur verstärkten Induktion von Abwehrreaktionen. Während die β-1,3-Glucan-Synthese für die Festigkeit der Zellwand in Appressorien und nekrotrophen Hyphen erforderlich ist, stellt die reduzierte Expression während der Biotrophie eine neue Strategie dar, um der β-Glucan-ausgelösten Immunität zu entgehen.

β-1,3-glucan is the most prominent polysaccharide of the fungal cell wall. The β-1,3-glucan synthase gene GLS1 of the maize pathogen Colletotrichum graminicola was characterized, employing RNA interference (RNAi), GLS1 overexpression, live-cell imaging and aniline blue fluorochrome-staining. Massive β-1,3-glucan contents were detected in cell walls of appressoria and necrotrophic hyphae. Unexpectedly, GLS1 expression and β-1,3-glucan contents were drastically reduced during biotrophic development. In appressoria of RNAi strains, down-regulation of β-1,3-glucan synthesis increased cell wall rigidity, and appressoria exploded. While the shape of biotrophic hyphae was unaffected in RNAi strains, necrotrophic hyphae showed severe distortions. Forced expression of GLS1 led to exposure of β-1,3-glucan on biotrophic hyphae and massive induction of defense responses. Thus, while β-1,3-glucan synthesis is required for cell wall rigidity in appressoria and necrotrophic hyphae, its rigorous down-regulation during biotrophic development represents a novel strategy to evade β-glucan-triggered immunity.