Wirtswechsel ermöglichende Faktoren in einem Pilz/Gras Pathosystem
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war es, die Faktoren aufzuklären, die notwendig sind, um einen Wirtswechsel des gersteninfizierenden Rußtaupilzes Ustilago hordei auf die Nicht-Wirtspflanze Brachypodium distachyon zu ermöglichen. Die Forschungsstrategie basiert auf der Erkenntnis, dass U. hordei und der Brachypodium distachyon infizierende Rußtaupilz Ustilago bromivora sich paaren und Hybride bilden können welche Symptome auf dem Modellgras B. distachyon verursachen können. Ein wichtiger Ansatzpunkt zur Identifizierung der Faktoren, die für den beobachteten Wirtswechsel notwendig sind, sind Hybridrückkreuzungen, bei denen in jeder Generation der Hybridstamm U. bromivora/ U. hordei mat1 mit U. hordei mat2 gepaart wird, bis die Symptome verschwinden. Durch die Untersuchung zahlreicher infizierter Pflanzen auf Phänotypen über 4 Rückkreuzungsgenerationen mit einem neu entwickelten Phänotypisierungssystem (PhenoBox) und anschließender Sequenzierung der Pilzhybriden konnten wir 75 Gene in Regionen identifizieren, die mit der Virulenz in Verbindung stehen. Es wurden verschiedene Ansätze zur Identifizierung von SNPs angewandt, um die Abstammung dieser genomischen Regionen und Gene, die infektions-/symptomessenziell sind zu differenzieren. Die Gene befinden sich in drei Regionen des U. bromivora Genoms, welche wahrscheinlich für die Pathogenität von U. bromivora auf Brachypodium spp. wichtig sind. Die Regionen liegen auf den U. bromivora-Chromosomen 8, 13 und 22 vor, wobei die stärkste Assoziation der Hybridvirulenz mit Chromosom 8 verbunden ist. Wir konnten zeigen, dass diese Region mehr putative Effektorproteine aufweist, aber nicht essentiell für die Virulenz ist, was darauf hindeutet, dass die Infektion mit unterschiedlichen Effektor-Komplementen erfolgen kann. Es scheint wahrscheinlich, dass die Wirtsspezifität eher langsam, graduell entwickelt wurde, und nicht aus einem spezifischen Ereignis heraus entstanden sein könnte. Vielleicht sind die Vorfahren von U. bromivora und U. hordei aufgrund einer Migration auf der Pflanzen- oder Pilzseite auf Brachypodium spp. gestoßen, oder eine Klimaveränderung hat die Infektion ermöglicht wie es aktuell für die Pathogenität von Magnaporthe grisea auf Weizen zu beobachten ist. Angesichts der weitverbreiteten Möglichkeiten zur Hybridisierung unter Mitgliedern der Familie Ustilaginaceae könnte man sich Hybridinfektionen als nützliches Werkzeug zur Untersuchung der wirtsspezifischen Pathogenität bei Rußtaupilzen im Allgemeinen und vielleicht sogar im weiteren Sinne vorstellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2018. The “PhenoBox”, a flexible, automated, open-source plant phenotyping solution. New Phytol.
Czedik-Eysenberg, A., Seitner, S., Güldener, U., Koemeda, S., Jez, J., Colombini, M., Djamei, A.
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2019. Two Is Better Than One: Studying Ustilago bromivora–Brachypodium Compatibility by Using a Hybrid Pathogen. MPMI 32, 1623–1634
Bosch, J., Czedik-Eysenberg, A., Hastreiter, M., Khan, M., Güldener, U., Djamei, A.
