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Projekt
Erforschung der molekularen Mechanismen, die raschen evolutionären Anpassungen im "one-speed"-Genom des phytopathogenen Mehltaupilzes der Gerste zu Grunde liegen
Antragsteller
Professor Dr. Ralph Panstruga
Fachliche Zuordnung
Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
Förderung
Förderung von 2015 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274444799
Mehltaupilze sind obligat biotrophe Phytopathogene (Ascomyceten), die einer raschen Anpassung im Kontext ihres co-evolutionären Wettstreits mit ihren jeweiligen Wirtspflanzen unterliegen. Der Mehltaupilz der Gerste, Blumeria graminis f.sp. hordei (Bgh) dient als ein Modell-System für diese Pathogene. In der vorangegangenen Förderperiode des Schwerpunktprogramms haben wir das Bgh-Referenzgenom erheblich verbessert, um genomische Veränderungen, die im Zusammenhang mit der experimentellen Evolution dieses Pilzes auftreten, aufspüren zu können. Dieser Ansatz enthüllte ein dynamisches „one-speed“-Genom, das sich in seiner Architektur und seinem (co-)evolutionärem Muster von den sogenannten „two-speed“-Genomen, die für viele andere filamentöse Phytopathogene beschrieben sind, fundamental unterscheidet. Eine Schlüsseleigenschaft des Bgh-Genoms ist das Auftreten von Genom-weit gleichmäßig verteilten (Retro-)Transposons („transposable elements“, TEs), die vor Kurzem eine massive Proliferation erfahren haben und die zum Teil immer noch transkriptionell aktiv sind. Wir haben weiterhin Versuche zur experimentellen Evolution unternommen und ein Bgh-Isolat selektiert, das partiell virulent auf ansonsten hochresistenten mlo-Genotypen der Gerste geworden ist. Die teilweise mlo-Virulenz dieses Isolates ist anscheinend mit einem Fitnessverlust verbunden, der sich in einer reduzierten Virulenz bei anfälligen Wildtyp-Genotypen (Mlo) der Gerste niederschlägt. In der aktuellen Förderperiode des Schwerpunktprogramms möchten wir die scheinbare Schlüsselrolle der TEs als Triebfeder der raschen evolutionären Anpassung bei Mehltaupilzen genauer erforschen. Die einzigartige Genom-Architektur, der hohe Anteil an TEs und ihre erhaltene transkriptionelle Aktivität machen Bgh zu einem idealen experimentellen System, um die biologische Relevanz dieser Elemente in diesem Zusammenhang zu ergründen. Hierfür werden wir gründlich untersuchen, ob die gefundene Variation der Kopienzahl von Effektorgen-Kandidaten zwischen Bgh-Isolaten mit der Aktivität von TEs verknüpft ist. Wir werden ferner die Expressionsprofile ausgewählter (transkriptionell aktiver) TEs unter verschiedenen Stressbedingungen und nach der experimentellen Aufhebung epigenetischer Markierungen, was zu einem „Ausbruch“ („burst“) dieser Elemente führen sollte, analysieren. Zusätzlich werden wir die „epigenetische Landkarte“ von Bgh, die vermutlich an die transkriptionelle Kontrolle der TEs gekoppelt ist, eruieren. Hierbei werden wir DNA-Methylierung und Histon-Modifikationen auf Genom-weiter Ebene studieren und die Expression kleiner RNAs (sRNAs) betrachten. Wir werden schließlich untersuchen, ob ein experimentell induzierter „burst“ der TEs die evolutionäre Anpassung von Bgh an ansonsten unzugängliche Pflanzenumgebungen beschleunigt. Zusammengenommen versprechen diese Ansätze aufzudecken, ob und in welchem Maße TEs in der Tat zur raschen evolutionären Anpassung von Bgh beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
