Two small secreted proteins from Puccinia triticina induce reduction of ß-glucoronidase transient expression in wheat isolines containing Lr9, Lr24 and Lr26

Abstract

Little is known about the molecular interaction of wheat and leaf rust (Puccinia triticina Eriks). However, genomic tools are now becoming available so that the host–pathogen interactions can be better understood. Significant efforts are being placed on understanding the secretomes of various pathogens as secreted peptides are believed to be the best candidates for avirulence effectors. In this work, a P. triticina haustorial cDNA library was evaluated for the presence of proteins containing secretion signals. Ten predicted proteins were found in the library, of which two were expressed in haustorial fractions. Three of the secreted proteins, Pt3, Pt12 and Pt27, were used in biolistic experiments to determine whether they could induce hypersensitive cell death, which is commonly observed in incompatible rust interactions with wheat leaf rust resistance genes. When Pt3 was co-bombarded with a β-glucoronidase (GUS)-expressing vector into wheat isolines with resistance genes Lr9 or Lr24, a significant reduction of GUS expression was observed, presumably due to hypersensitive cell death. In other co-bombardment experiments, Pt27 induced a significant reduction in GUS expression in the Lr26 isoline. These results suggest that Pt3 and Pt27 may function in avirulence against wheat leaf rust in resistant genotypes.

Résumé

Nous en savons peu sur l’interaction moléculaire blé-rouille des feuilles (Puccinia triticina Eriks). Toutefois, nous avons maintenant à notre disposition des outils génomiques qui nous permettent de mieux comprendre les interactions hôtes-agents pathogènes. Des efforts considérables sont consacrés à la compréhension des sécrétomes de divers agents pathogènes, dont les peptides sécrétés semblent être les meilleurs candidats en ce qui a trait aux effecteurs d’avirulence. Au cours de cette étude, une banque d’ADNc d’haustoriums de P. triticina a été examinée pour y détecter des protéines contenant des signaux de sécrétion. Nous avons trouvé dix protéines sécrétées dans la banque, dont deux étaient exprimées en fractions haustoriales. Trois des protéines sécrétées, Pt3, Pt12 et Pt27, ont été utilisées dans des expériences basées sur la biolistique afin de déterminer si elles pouvaient induire la mort cellulaire hypersensible qui est couramment observée lors d’interactions incompatibles de la rouille avec des gènes de la résistance à la rouille des feuilles chez le blé. Lorsque la protéine Pt3 était projetée avec un vecteur exprimant la β-glucoronidase (GUS) dans des lignées isogéniques possédant les gènes de résistance Lr9 ou Lr24, nous avons observé une réduction significative de l’expression de la GUS, sans doute causée par la mort cellulaire hypersensible. Au cours d’autres expériences de projection, la protéine Pt27 a induit une réduction significative de l’expression de la GUS dans la lignée isogénique Lr26. Ces résultats suggèrent que les protéines Pt3 et Pt27 peuvent engendrer une réaction d’avirulence quant à la rouille des feuilles chez les génotypes résistants.

Keywords:

• effectors
• leaf rust
• Puccinia triticina
• secreted peptides
• Triticum aestivum

Mots clés:

• effecteurs
• peptides sécrétés
• Puccinia triticina
• rouille des feuilles
• Triticum aestivum

Acknowledgements

The authors would like to thank Drs Barbara Valent and Ari Jumpponen for serving on Dr Segovia’s dissertation committee and providing advice throughout her training. We would also like to thank Mary Willoughby, Zach Simon, Beth Gillett-Walker, Lauren Alexander, and Sally Hermann for providing technical support.

Supplemental material

Supplemental data for this article can be accessed online here: http://dx.doi.org/10.1080/07060661.2016.1150884

Additional information

Funding

This work was funded by the USDA CRIS 5430-21000-010-06D and a grant from the Kansas Wheat Commission. This is a joint submission of the US Department of Agriculture and the Kansas Agriculture Experiment Station, contribution number 15-052-J.