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Publikation

Lee, J.; Rudd, J. J.; Macioszek, V. K.; Scheel, D.; Dynamic Changes in the Localization of MAPK Cascade Components Controlling Pathogenesis-related (PR) Gene Expression during Innate Immunity in Parsley J. Biol. Chem. 279 22440-22448 (2004) DOI: 10.1074/jbc.M401099200
  • Abstract
  • BibText
  • RIS

The activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades is an important mechanism for stress adaptation through the control of gene expression in mammals, yeast, and plants. MAPK activation has emerged as a common mechanism by which plants trigger pathogen defense responses following innate immune recognition of potential microbial pathogens. We are studying the non-host plant defense response of parsley to attempted infection by Phytophthora species using an experimental system of cultured parsley cells and the Phytophthora-derived Pep-13 peptide elicitor. Following receptor-mediated recognition of this peptide, parsley cells trigger a multifaceted innate immune response, involving the activation of three MAPKs that have been shown to function in the oxidative burst-independent activation of defense gene expression. Using this same experimental model we now report the identification of a MAPK kinase (MAPKK) that functions upstream in this pathway. This kinase, referred to as PcMKK5 based on sequence similarity to Arabidopsis thaliana AtMKK5, is activated in parsley cells following Pep-13 treatment and functions as an in vivo activator of all three MAPKs previously shown to be involved in this response. Gain- and loss-of-function mutant versions of PcMKK5, when used in protoplast co-transfection assays, demonstrated that kinase activity of PcMKK5 is required for PR gene promoter activation following Pep-13 treatment. Furthermore, using specific antibodies and immunofluorescent labeling, we demonstrate that activation of MAPKs in parsley cells correlates with an increase in their nuclear localization, which is not detectable for activated PcMKK5. These results suggest that activation of gene expression through MAPK cascades during innate immune responses in plants involves dynamic changes in the localization of the proteins involved, which may reflect the distribution of key protein substrates for the activated MAPKs.

Publikation

Kroj, T.; Rudd, J. J.; Nürnberger, T.; Gäbler, Y.; Lee, J.; Scheel, D.; Mitogen-activated Protein Kinases Play an Essential Role in Oxidative Burst-independent Expression of Pathogenesis-related Genes in Parsley J. Biol. Chem. 278 2256-2264 (2003) DOI: 10.1074/jbc.M208200200
  • Abstract
  • BibText
  • RIS

Plants are continuously exposed to attack by potential phytopathogens. Disease prevention requires pathogen recognition and the induction of a multifaceted defense response. We are studying the non-host disease resistance response of parsley to the oomycete, Phytophthora sojae using a cell culture-based system. Receptor-mediated recognition of P. sojae may be achieved through a thirteen amino acid peptide sequence (Pep-13) present within an abundant cell wall transglutaminase. Following recognition of this elicitor molecule, parsley cells mount a defense response, which includes the generation of reactive oxygen species (ROS) and transcriptional activation of genes encoding pathogenesis-related (PR) proteins or enzymes involved in the synthesis of antimicrobial phytoalexins. Treatment of parsley cells with the NADPH oxidase inhibitor, diphenylene iodonium (DPI), blocked both Pep-13-induced phytoalexin production and the accumulation of transcripts encoding enzymes involved in their synthesis. In contrast, DPI treatment had no effect upon Pep-13-induced PRgene expression, suggesting the existence of an oxidative burst-independent mechanism for the transcriptional activation ofPR genes. The use of specific antibodies enabled the identification of three parsley mitogen-activated protein kinases (MAPKs) that are activated within the signal transduction pathway(s) triggered following recognition of Pep-13. Other environmental challenges failed to activate these kinases in parsley cells, suggesting that their activation plays a key role in defense signal transduction. Moreover, by making use of a protoplast co-transfection system overexpressing wild-type and loss-of-function MAPK mutants, we show an essential role for post-translational phosphorylation and activation of MAPKs for oxidative burst-independentPR promoter activation.

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