Geminivirale Replikons und Zellzyklus-Regulation in Zuckerrübe: Untersuchung von Schlüsselfaktoren für die homologe Rekombination
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Geminiviren (Familie Geminiviridae) sind für die Vervielfältigung ihres Genoms auf die DNA-Replikationsmaschinerie des Wirts angewiesen. Sie müssen den Zellzyklus des Wirts in die S-Phase überführen, in der die DNA-Replikation und die homologiegeleitete DNA-Rekombination (HDR) stattfinden. Darüber hinaus wird die HDR durch eine geminivirale Infektion in transgenen Arabidopsis-Pflanzen gefördert, obwohl die viralen Elemente, die für diese Funktion erforderlich sind, noch nicht bestimmt sind. In jüngster Zeit wurden geminivirale Replikons (GVRs), darunter das Beet curly top virus (BCTV)-Replikon, für die effiziente Übertragung von CRISPR/Cas-Komponenten zur gezielten Genom-Editierung in Pflanzenzellen verwendet. Die detaillierte Rolle von GVRs auf dem HDR-Weg wurde jedoch nicht untersucht. Das Verständnis der Auswirkungen von GVRs auf die Regulierung von HDR- und Zellzyklusgenen wird sowohl die virale homologe Rekombination als auch die HDR in Pflanzen näher beleuchten. Ziel dieses Projekts war es, die Rolle von Genen (Rep, C2, C3 und C4) aus den von BCTV abgeleiteten GVRs bei der homologen Rekombination sowohl in Viren als auch in Pflanzen zu verstehen, um effizientere GVRs in Bezug auf GE zu erzeugen. Zu diesem Zweck wurde zunächst ein Modell entwickelt, das auf einer Kombination des BCTV-Replikons und dem Cotton leaf curl betasatellite (CLCB) basiert, die sich nur in Anwesenheit des Helfervirus repliziert, um die Virusrekombination zu testen. Anschließend wurde die Rolle der BCTV-Replikongene für die HDR des Virus nach Mutation der einzelnen Gene getestet. Dabei zeigte sich, dass C4 und vor allem C2 die HDR Rate erhöhten, während C3 die HDR Rate wahrscheinlich aufgrund von verstärkter Replikation erhöhte. Transkriptomdaten zeigten, dass sowohl BCTV- als auch BCTIV-Replikons die Expression von HDR- und Zellzyklusgenen in lokal infizierten B. vulgaris-Pflanzen induzieren. Erste Ergebnisse zeigten, dass die Koexpression einiger dieser Gene, darunter RAD51, BLM, XRCC4 und Histon H4, mit BCTVRepl-cGFP und CLCB-nGFP die Anzahl der GFP-Zellen nach dem HDR-Ereignis verbesserte. Darüber hinaus wurde die Wirkung ausgewählter HDR-und Zellzyklusgene in gfp-mutierten N. benthamiana-Pflanzen für HDR-Ereignisse mit dem CRISPR/Cas-System getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass das BCTV-Replikon die HDR in gfp-mutierten Pflanzen im Vergleich zur T-DNA deutlich verbessert. Die Auswirkungen der ausgewählten HDR- und Zellzyklusgene auf solche HDR-Ereignisse blieben jedoch unklar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir ein Modell entwickelt haben, das die HDR-Rate zwischen zwei Geminiviren in kurzer Zeit (3 Tage) phänotypisch bewertet. Dieses Modell kann verwendet werden, um Wirts- oder virale Faktoren zu untersuchen, die die BCTV-Rekombination steuern. Transkriptomdaten zeigten Signalwege, Abwehrreaktionen und Zellzyklusregulatoren in B. vulgaris als Reaktion auf eine lokale und systemische BCTV- und BCTIV-Infektion auf, die zur Verbesserung der Resistenz gegen die Virusinfektion genutzt werden können. Ausgewählte HDR- und Zellzyklusgene zur Verbesserung der HDR können für die Verbesserung der Wirksamkeit des Genome Editing bei B. vulgaris in Zukunft in Betracht gezogen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Regulation of cell cycle genes by geminiviral replicons in sugar beet. International Advances in Plant Virology. Poster presentation3 (P3). Online meeting
Omid Eini & Mark Varrelmann
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Beet curly top virus factors for intermolecular recombination frequency upon local infection in plants. International Advances in Plant Virology. Ljubljana, Slovenia. Poster presentation (P48)
Omid Eini & Mark Varrelmann
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Differential response of sugar beet genotypes to the local and systemic Beet curly top Iran virus infection: virus accumulation and transcriptome assay. 12th International Congress of Plant Pathology. Lyon, France, Poster presentation.
Omid Eini & Mark Varrelmann
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Evidence for the splicing of complementary -sense transcripts of Beet curly top Iran virus (BCTIV). 55. Tagung des DPG- Arbeitskreises “Viruskrankheiten der Pflanzen“. March 20th and March 21th 2023, Julius- Kühn-Institute, Berlin. Platform presentation.
Omid Eini , Saedeh Ebrahimi & Mark Varrelmann
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Response of sugar beet cultivars to Beet curly top virus infection: virus accumulation and transcriptome assay. ASSBT Biennial Meeting, Savannah, Georgia, USA, Platform presentation.
Mark Varrelmann & Omid Eini
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Insights into the molecular basis of beet curly top resistance in sugar beet through a transcriptomic approach at the early stage of symptom development. Journal of General Virology, 105(9).
Eini, Omid; Benjes, Kristin; Dietrich, Katrin; Reichelt, Michael; Schumann, Nadine & Varrelmann, Mark
