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Quantification of Fungal Colonization, Sporogenesis, and Production of Mycotoxins Using Kernel Bioassays

The rotting of grains by seed-infecting fungi poses one of the greatest economic challenges to cereal production worldwide, not to mention serious risks ...

Plant and fungal lipoxygenases (LOX) catalyze the oxidation of polyunsaturated fatty acids, creating fatty-acid hydroperoxides (oxylipins). Fungal oxylipins are required for normal fungal development and secondary metabolism, and plant host-derived oxylipins interfere with these processes in fungi, presumably by signal mimicry. The maize LOX gene ZmLOX3 has been implicated previously in seed-Aspergillus interactions, so we tested the interactions of a mutant maize line (lox3-4, in which ZmLOX3 is disrupted) with the mycotoxigenic seed-infecting fungi Aspergillus flavus and Aspergillus nidulans. The lox3-4 mutant was more susceptible than wild-type maize to both Aspergillus species. All strains of A. flavus and A. nidulans produced more conidia and aflatoxin (or the precursor sterigmatocystin) on lox3-4 kernels than on wild-type kernels, in vitro and under field conditions. Although oxylipins did not differ detectably between A. flavus-infected kernels of the lox3-4 and wild-type (WT) maize, oxylipin precursors (free fatty acids) and a downstream metabolite (jasmonic acid) accumulated to greater levels in lox3-4 than in WT kernels. The increased resistance of the lox3-4 mutant to other fungal pathogens (Fusarium, Colletotrichum, Cochliobolus, and Exserohilum spp.) is in sharp contrast to results described herein for Aspergillus spp., suggesting that outcomes of LOX-governed host-pathogen interactions are pathogen-specific.

Inactivation of the lipoxygenase ZmLOX3 increases susceptibility of maize to Aspergillus spp.

Pflanzen und Pilze Lipoxygenases (LOX) katalysieren die Oxidation von unges&auml;ttigten Fetts&auml;uren, Fetts&auml;ure Peroxide (Oxylipins) erstellen. Pilzartige Oxylipins sind erforderlich f&uuml;r normale pilzartige Entwicklung sekund&auml;ren Stoffwechsel und Pflanze Host abgeleitete Oxylipins diese Prozesse in Pilzen, vermutlich durch Mimikry Signal st&ouml;ren. Das Maize LOX-gen ZmLOX3 hat zuvor in Saatgut-Aspergillus-Interaktionen, verwickelt also wir die Interaktionen der ein mutant Maislinie (lox3-4 testeten, in dem ZmLOX3 gest&ouml;rt wird) mit dem Mycotoxigenic Saatgut infizieren Pilze Aspergillus Flavus und Aspergillus Nidulans. Der lox3-4-Mutant war anf&auml;lliger als Wildtyp Mais f&uuml;r beide Aspergillus-Arten. Alle Sorten von A. Flavus und A. Nidulans produziert mehr Konidien und Aflatoxin (oder der Vorl&auml;ufer-Sterigmatocystin) auf lox3-4-Kernels als Wildtyp-Kernels, in Vitro und unter Feldbedingungen. Obwohl Oxylipins nicht detectably A. Flavus-infizierten Kerne von Mais (WT) lox3-4 und Wildtyp Unterschiede zwischen den, kumulierten Oxylipin Grundstoffe (freie Fetts&auml;uren) und ein nachgeschalteter Metabolit (Jasmons&auml;ure) h&ouml;here Ebenen der lox3-4 als WT-Kernels. Die erh&ouml;hte Widerstandsf&auml;higkeit von den lox3-4-Mutanten zu anderen pilzartigen Krankheitserregern (Fusarium, Glomerella und Cochliobolus Exserohilum spp.) ist in scharfem Kontrast zu Ergebnissen hierin beschrieben, f&uuml;r Aspergillus spp., darauf hindeutet, dass die Ergebnisse des LOX-regierten Host-Pathogen Interaktionen Pathogen-spezifisch sind.

Tom Isakeit

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