Zum Verständnis der Phylogenie, Evolution und Wirtsspezifität der Exobasidiales (Ustilaginomycotina)

• Antragsteller: Professor Dr. Dominik Begerow
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431609249

Pflanzenparasiten stellen eine der größten ökologischen Gruppen der Pilze dar. Zwei große Linien, die nach der Besiedlung der Erde radiert sind, beinhalten mehrere exklusiv pflanzenparasitische Gruppen. Obwohl die Ascomycota und die Basidiomycota in direkter Interaktion mit ihren Wirten evolviert sind, deuten die aktuellen Daten auf eine mehrfach konvergente Entstehung pflanzenparasitischer Ernährungsweise hin. Dies gilt insbesondere für wirtsspezifische Gruppen wie Echte Mehltaupilze, Rost- oder Brandpilze. Diese wirtsspezifischen Parasiten sind nicht nur wichtige Beschleuniger der Evolution, sondern stellen auch die größte Bedrohung für unsere Landwirtschaft dar. So sind z.B. alle Getreidearten von diesen Linien bedroht und durch sie entsteht jährlich ein großer ökonomischer Schaden.Wichtige Studien trugen zum generellen Verständnis von Virulenzfaktoren der Ustilaginomycotina bei. Ustilago maydis war der erste pilzliche Parasit, dessen Genom komplett sequenziert wurde. Im Gegensatz zu anderen Gruppen kann diese Art einfach kultiviert werden und ist für viele genetische Techniken zugänglich. Insgesamt umfassen die Ustilaginomycotina mehr als 1700, meist wirtsspezifische Arten und inzwischen sind einige dieser Arten detailliert untersucht. Vergleichende Genomik und Reverse-Genetik haben gezeigt, dass so genannte „core effectors“ essentielle Virulenzfaktoren darstellen. Trotzdem hat die Analyse der relativ entfernt verwandten Arten bisher nicht zur Identifizierung von Faktoren für Wirtsspezifität beigetragen. Deshalb schlagen wir vor, die Exobasidiales als Fallstudie zur Identifizierung und Untersuchung von Faktoren der Wirtsspezifität zu nutzen. Im Gegensatz zu den Verwandten von Ustilago maydis, sind die Arten von Exobasidium häufig, einfach im Gelände zu finden und einfach zu isolieren. Ein komplementäres Sammeln von Arten in China und Europa würde den Vergleich zwischen zwei Linien nahverwandter Arten ermöglichen. So würde die vergleichende Genomik weiter als die Identifizierung von „core effectors“ gehen, da detaillierte Analysen wie z.B. Studien zur Synteny, zur Selektion oder zur Regulation wesentlich informativere Ansätze erlauben würden.Deshalb möchten wir auf der Basis von 40-50 zusätzlichen Genomen eine Phylogenie der Exobasidiales erstellen und die Merkmalsevolution zwischen und innerhalb der jeweiligen Linien analysieren. Dabei würden wir der Analyse des Sekretoms eine besondere Beachtung schenken, jedoch auch andere informative Aspekte der Genome nutzen. Zusätzlich planen wir elektronenmikroskopische Studien des Interaktionsapparates, da dieser auch ein Faktor für Wirtsspezifität sein könnte. In dem wir diese verschiedenen Ansätze verfolgen möchten wir 1) die Ernährungsweise unterschiedlicher Linien, 2) die Evolution der Paarungs-Loci und potentieller Geschlechtschromosomen, 3) die Evolution des Effektorenpools der jeweiligen Linien und Arten, sowie 4) morphologische Merkmale zur Integration in die Genom-Evolution, analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Qi-Ming Wang