Dokument: Spatiotemporal investigation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae infection trajectories and the functional impact of SWEET promoter editing

Titel:	Spatiotemporal investigation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae infection trajectories and the functional impact of SWEET promoter editing
Weiterer Titel:	Spatiotemporal investigation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae infection trajectories and the functional impact of SWEET promoter editing
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72397
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20260302-083441-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Redzich, Laura [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,18 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.02.2026 / geändert 24.02.2026
Beitragende:	Prof. Dr. Frommer, Wolf B. [Gutachter] Prof. Dr. Parker, Jane E. [Gutachter]
Stichwörter:	Xanthomonas, TAL effector, SWEET promoter editing
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) ist ein xylembesiedelndes Bakterium, dessen Virulenz von Transkriptionsaktivator-ähnlichen Effektoren (TALe) abhängt, die SWEET Transporter der Wirtspflanze induzieren und so den Kohlenstofffluss umlenken. Unter Verwendung translatorischer SWEET11a-GUS-Reporterlinien, fluoreszenzmarkierter Xoo-Stämme, konfokaler Bildgebung und Elektronenmikroskopie lässt sich die Kolonisation entlang des Xylems in Phasen gliedern: Stäbchenförmige Zellen haften in der initialen und basipetalen Ausbreitung an Xylemporen, während Xoo für laterale Ausbreitung und das Überwinden von Leitbündeln in auffällig filamentöse Formen differenziert. Diese Filamente durchqueren die Bündelscheide und dringen in das Mesophyll ein, was darauf hindeutet, dass Chlorose und Nekrose nicht nur aus hydraulischer Blockade resultieren, sondern auch aus direkter Gewebeschädigung. Filamentierung, als Virulenzverstärker bei mehreren humanpathogenen Bakterien bekannt, stellt somit wahrscheinlich ein Entwicklungsprogramm dar, das die Fitness von Xoo in planta erhöht. Um zu prüfen, ob Wurzeln als Eintrittspforte für Xoo dienen können, habe ich ein schnelles Wurzelinfektionsprotokoll etabliert. Der Wurzel-Clip-Assay zeigt TALe-SWEET-Gen-für-Gen-Interaktionen im Wurzelxylem: Die Induktion von SWEET11a markiert eine fortschreitende Wurzelinfektion, jedoch überqueren die Bakterien den Koleoptilknoten nicht und Keimlinge entwickeln keine systemischen Symptome. Rhodamin-B-Tracer bestätigen einen intakten Xylemtransport. Praktisch beschleunigt dieser Wurzel-Assay das Monitoring von SWEET-spezifischen TALe-Repertoires gegenüber der Blatt-Clip-Infektion um etwa das Vierfache. Auf Ebene der Wirts-Promotoren zeigen eine Analyse von >3.000 Reisgenomen, Chromatinzugänglichkeits-Profilierung (MOA-seq) und translatorische Reporter-Assays, dass zentrale SWEET-EBEs ungewöhnlich konserviert sind, in offenem Chromatin nahe cis-Elemente liegen und die Proteinproduktion messbar justieren. Die Phänotypisierung von sweet13- und sweet14 knockouts impliziert Funktionen von SWEETs unter abiotischen Konditionen. EBEs haben somit eine duale Rolle: einerseits als Suszeptibilitätsschalter, andererseits als bona-fide cis Elemente. Um den TALe-Angriff in Abwehr umzulenken, verfolgte ich „TAL-Effektor-Fallen“: Prime-Editing von EBEs vor Kandidaten-Exekutorgenen und ein kombinatorisches Screening auf geteilte EBEs zwischen asiatischen und afrikanischen Xoo. Zwar gelang eine Proof-of-Concept-Integration von EBEAvrXa7 in den Promotor von OsMST4 nicht, doch identifiziert die Arbeit Optimierungsansätze und stützt die Machbarkeit breit wirksamer „Designer-Exekutoren“ auf Basis von TALe-Spezifitätsregeln. Zusammengefasst identifiziert diese Arbeit (i) einen bisher nicht beschriebenen Xoo Morphotyp während der Infektion, (ii) eine anatomische Barriere, die die Ausbreitung von der Wurzel zum Spross begrenzt, (iii) Informationen über SWEET-EBEs als duale regulatorische Knoten zur strategischen Promotor-Editierung, (iv) einen Weg zu prime-editierten „Designer-Exekutoren“ und (v) methodische Innovationen zur Erweiterung des Werkzeugkastens für die Erforschung des Xoo-Reis-Pathosystems. Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is a xylem-invading bacterium whose virulence depends on transcription activator–like effectors (TALes) that induce host SWEET sucrose efflux transporters and redirect the host carbon flux. Using translational SWEET11a–GUS reporter lines, fluorescently tagged Xoo, confocal imaging, and electron microscopy, colonization resolves into phases along the vasculature: rod-shaped cells attach to xylem pits during initial and basipetal progression, while Xoo differentiates into striking filamentous forms during lateral spread and vascular bundle breach. Filaments traverse bundle sheath and enter mesophyll, indicating that chlorosis and necrosis reflect not only hydraulic blockage but also direct tissue damage. Filamentation known to potentiate virulence in several human pathogens, thus likely represents a developmental program that enhances Xoo fitness in planta. To probe whether roots can serve as an entry route for Xoo, I established a rapid root infection protocol. The root clipping assay demonstrates TALe–SWEET gene-for-gene interactions in root xylem: SWEET11a induction marks progressive root infection, yet bacteria do not cross the coleoptile node and seedlings fail to develop foliar blight. Rhodamine B tracers confirm intact xylem transport. Practically, this root assay accelerates monitoring of SWEET specific TALe repertoire approximately fourfold compared to leaf clip infection At the host promoter level, a survey of >3,000 rice genomes, chromatin accessibility profiling (MOA-seq), and translational reporter assays demonstrate that key SWEET EBEs are unusually conserved, lie in open chromatin near core motifs, and measurably tune protein output. Phenotyping sweet13 and14 knockouts implicates roles in flag-leaf angle and root elongation with minimal biomass penalties. Together, EBEs emerge as dual-use cis-elements, as susceptibility switches and bona fide cis elements. To convert TALe attack into defense, I pursued “TAL effector traps”: prime editing of EBEs upstream of candidate executor genes and a combinatorial screen for cross-lineage, shared EBEs. Although a proof-of-concept insertion of EBEAvrXa7 into the promoter of OsMST4 insertion was not recovered, the work discusses optimization strategies and supports the feasibility of broad-spectrum, designer executors grounded in TALe specificity rules. Collectively, this thesis (i) defines a morphogenetic switch that enables Xoo’s tissue invasion, (ii) reveals an anatomical barrier limiting root-to-shoot disease, (iii) establishes SWEET EBEs as dual-use regulatory hubs guiding promoter-editing design, (iv) charts a path toward prime-edited “designer executors,” and (v) delivers insights into innovative methodologies to advance the toolkit for understanding the Xoo-rice pathosystem.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	02.03.2026
Dateien geändert am:	02.03.2026
Promotionsantrag am:	30.10.2025
Datum der Promotion:	06.02.2026