High affinity iron uptake pathways are indispensable for virulence of the maize pathogen Colletotrichum graminicola

Abstract

Eisen ist ein essentielles Element für fast alle Organismen. Obwohl Eisen eines der häufigsten Elemente der Erde ist, ist seine Bioverfügbarkeit extrem niedrig. Das Löslichkeitsprodukt bei neutralem pH-Wert ist 10-18 M. Eine effiziente Eisenaufnahmestrategie ist daher für die Virulenz pathogener Pilze essentiell. C. graminicola infiziert Maispflanzen und hat eine hemibiotrophe Lebensweise. Der Pilz verwendet zwei hoch-affine Eisenaufnahmesysteme, die Reduktive Eisen Assimilation (RIA) und die Siderophore-vermittelten Eisenaufnahme (SIA). Gezielte Gendeletion, Infektionsassays und live-cell imaging zeigten, dass C. graminicola RIA spezifisch während der biotrophen Entwicklung verwendet, da Siderophorproduktion während der biotrophen Phase pflanzliche Abwehrreaktionen induziert und einen Nachteil für C. graminicola darstellen. Der SIA Pathway ist für die vegetative Entwicklung unter eisenlimitierenden Bedingungen, die nekrotrophe Entwicklung, und die Konidienbildung wichtig.

Iron is an essential element for almost all organisms. Although iron is one of the most abundant elements on Earth, its bioavailability is extremely low, with a solubility product at neutral pH of 10-18 M. An efficient iron uptake strategy is therefore a virulence determinant for pathogenic fungi like the maize pathogen Colletotrichum graminicola. C. graminicola has a hemibiotrophic life style and uses two high affinity iron uptake strategies, the reductive iron assimilation (RIA) and siderophore-mediated iron acquisition (SIA). Targeted gene deletions, infection assays and live-cell imaging showed that C. graminicola employs the RIA pathway specifically during biotrophic development, as siderophore production during the biotrophic phase prime plant defense responses and imposes a disadvantage to C. graminicola. The SIA pathway is important for vegetative growth under iron limited condition, necrotrophic development, and is essential for conidiation.