Evolutionäre Erhaltung egoistischer akzessorischer Chromosomen in einem pilzlichen Pflanzenpathogen

• Antragsteller: Dr. Michael Habig
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444838523

Akzessorische Chromosomen zeigen An-/Abwesenheitspolymorphismus zwischen Individuen einer Population. In Pflanzen und Tieren werden sie als egoistische genetische Elemente betrachtet, die ihre Häufigkeit durch eine bevorzugte Segregation während Zellteilungen erhöhen. In pflanzenpathogenen Pilzen beeinflussen akzessorische Chromosomen oft direkt die Wirtsspezifität und Virulenz, jedoch ist die Art ihrer Transmission während Zellteilungen weitgehend unbekannt. Ziel dieses Projekts ist es daher, die Transmission und die Erhaltung von akzessorische Chromosomen in Pilzen anhand des Weizenpathogens Zymoseptoria tritici zu verstehen. Dieser Pilz enthält bis zu acht verschiedene akzessorische Chromosomen. Für sieben davon konnten wir eine Steigerung der Frequenz während der Meiose mittels eines Chromosomen-Drives nachweisen. Besonders ist dabei, dass sich dieser Drive funktionell von allen anderen zuvor beschriebenen Chromosomen-Drives unterscheidet, da dieser eine zusätzliche DNA-Replikation zu beinhalten scheint. Im Gegensatz dazu gehen bei Z tritici die akzessorischen Chromosomen während der Mitose mit sehr hoher Frequenz verloren. Diese Verluste werden durch Histonmodifikationen, insbesondere H3K27me3, beeinflusst, die auf den akzessorischen Chromosomen angereichert sind, was wiederum die DNA-Replikation beeinflusst. Bislang sind die genauen Mechanismen, die sowohl dem meiotischen Drive als auch den mitotischen Verlusten zugrunde liegen, sowie der evolutionäre Ursprung dieser beiden unterschiedlichen Transmissionen bei der Zellteilung unbekannt. Die Ziele dieses Projekts sind daher, unser Verständnis dieser Mechanismen und ihrer Evolution zu verbessern, indem wir vier verschiedene Fragen behandeln: i) Beeinflusst die Histonmodifikation auch den meiotischen Drive von akzessorischen Chromosomen? ii) Wird der meiotische Drive durch die Größe der Chromosomen beeinflusst? iii) Zeigen akzessorische Chromosomen in eng verwandten Arten eine ähnliche mitotische Transmission? - und iv) Welche Strukturen sind an der sexuellen Reproduktion von Z. tritici beteiligt? Um diese Fragen zu beantworten, werde ich das Histonmodifikationsmuster und die Chromosomengröße von akzessorischen Chromosomen manipulieren und testen, ob diese den meiotischen Drive und die mitotischen Verluste beeinflussen. Darüber hinaus werde ich mit Hilfe der Konfokalmikroskopie die strukturelle und zeitliche Entwicklung während der sexuellen Reproduktion von Z. tritici im Weizenwirt beschreiben. Insgesamt wird dieses Projekt ein neues mechanistisches Verständnis sowohl des neuartigen meiotischen Drives als auch der mitotischen Transmission liefern. Unser Ziel ist es, Histonmodifikationen sowie genetische Elemente zu identifizieren, die für den Drive verantwortlich sind. Diese Informationen werden unser Verständnis der Prozesse bei der Erhaltung der akzessorischen Chromosomen in Z. tritici vertiefen und können auch helfen, deren Prävalenz bei anderen wichtigen Pflanzenpathogenen zu erklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen