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Identification of proteins induced or upregulated by Fusarium head blight infection in the spikes of hexaploid wheat (Triticum aestivum)

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Abstract:

Fusarium head blight (FHB) caused by Fusarium graminearum is a destructive disease of wheat and barley. It causes economic losses due to reduction in both yield and quality. Although FHB resistance has been well documented and resistant cultivars have been developed to reduce incidence and severity of FHB, there is a limited understanding of the molecular mechanisms involved in plant resistance against the infection and spread of F. graminearum. In the current study, 2-dimensional displays of proteins extracted from wheat spikelets infected with F. graminearum were compared with those from spikelets inoculated with sterile H2O. Fifteen protein spots were detected that were either induced (qualitatively different) or upregulated (quantitatively increased) following F. graminearum infection of spikelets of 'Ning7840', a resistant cultivar. These proteins were identified by LC-MS/MS analysis. Proteins with an antioxidant function such as superoxide dismutase, dehydroascorbate reductase, and glutathione S-transferases (GSTs) were upregulated or induced 5 d after inoculation with F. graminearum, indicating an oxidative burst of H2O2 inside the tissues infected by FHB. An ascorbate-glutathione cycle is likely involved in reduction of H2O2. Expression of proteins with highest similarity to dehydroascorbate reductase and TaGSTF5 (a glutathione S-transferase) differed following FHB infection in susceptible and resistant cultivars. A 14-3-3 protein homolog was also upregulated in FHB-infected spikelets. In addition, a PR-2 protein (-1, 3 glucanase) was upregulated in FHB-infected spikes, which is in accord with a previous study that analyzed transcript accumulation.Key words: Fusarium head blight, scab, 2-dimensional electrophoresis, LC-MS/MS, protein, wheat, Triticum aestivum.

La fusariose de l'épi (FHB), causée par le Fusarium graminearum, est une maladie dévastatrice chez le blé et l'orge. Elle cause des pertes économiques en raison de réductions du rendement et de la qualité. Bien que la résistance à la fusariose soit bien documentée et que des cultivars résistants aient été développés pour réduire l'incidence et la sévérité de la fusariose, les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance à l'infection et à la propagation du F. graminearum demeurent peu connus. Dans le présent travail, des gels bidimensionnels ont été employés pour comparer les profils protéiques d'épillets de blé infectés par le F. graminearum ou inoculés avec de l'eau stérile. Quinze protéines montrant une induction (différence qualitative) ou surexpression (augmentation quantitative) ont été détectées suite à l'infection des épillets de 'Ning7840', un cultivar résistant. Ces protéines ont été identifiées par analyse LC-MS/MS. Des protéines antioxydantes telles qu'une superoxyde dismutase, une déshydroascorbate réductase et des glutathion S-transférases (GST) étaient surexprimées ou induites 5 jours après inoculation avec le F. graminearum, ce qui suggère un burst oxydatif de H2O2 au sein des tissus infectés par le FHB. Un cycle ascorbate-glutathion est vraisemblablement impliqué dans la réduction de la quantité de H2O2. L'expression de protéines montrant la plus forte similarité avec la déshydroascorbate réductase et la TaGSTF5 (une glutathion S-transférase) différait suite à l'infection chez les cultivars résistants et sensibles. Un homologue de protéine 14-3-3 était également surexprimé chez les épillets infectés. De plus, une protéine PR-2 (-1,3 glucanase) était surexprimée chez les épillets infectés, une observation qui concorde avec une étude antérieure qui portait sur l'abondance des transcrits.Mots clés : fusariose de l'épi, électrophorèse bidimensionnelle, LC-MS/MS, protéine, blé, Triticum aestivum.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2005

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