Evolutionäre Erhaltung egoistischer akzessorischer Chromosomen in einem pilzlichen Pflanzenpathogen
Evolution, Anthropologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Akzessorische Chromosomen zeigen eine An-/Abwesenheits-Polymorphie, was bedeutet, dass sie in einigen, aber nicht in allen Individuen einer Population vorkommen. Diese Chromosomen sind in Pflanzen, Tieren und Pilzen weit verbreitet und gelten als nicht essentiell, können jedoch die Fitness erheblich beeinflussen. Sie weisen während der mitotischen und meiotischen Zellteilung deutliche Unterschiede zu den essentiellen Chromosomen auf. Ziel dieses Projekts war es, die Übertragung von akzessorischen Chromosomen bei Pilzen während der Meiose und Mitose zu untersuchen, mit einem besonderen Fokus auf pflanzenpathogene Pilze der Gattung Zymoseptoria und insektenpathogene Pilze der Gattung Metarhizium. In einer ersten Studie untersuchten wir den Einfluss von posttranslationalen Histonmodifikationen auf die Übertragung und Mutationsraten von akzessorischen Chromosomen in Z. tritici. Histonmodifikationen, die mit Heterochromatin assoziiert sind, wie H3K9me3 und H3K27me3, beeinflussten sowohl die Mutationsraten als auch die Chromosomenstabilität. Die Entfernung von H3K9me3 erhöhte die Mutationsraten, während die Entfernung von H3K27me3 diese verringerte. Diese Histonmodifikationen hatten zudem erhebliche Auswirkungen auf die Rate struktureller Varianten, die Mobilisierung von Transposons sowie auf die Stabilität und Replikation der essentiellen und der akzessorischen Chromosomen. In einer weiteren Studie zur meiotischen Übertragung in Z. tritici analysierten wir 23 vollständige Tetraden und stellten fest, dass akzessorische Chromosomen höhere Rekombinationsraten aufwiesen als essentielle Chromosomen. Darüber hinaus identifizierten wir Repeat-Induced Point Mutations (RIP), einen Abwehrmechanismus von Pilzen gegen Transposons, als Hauptursache für meiotische Mutationen in Z. tritici. Diese Studie war die erste, die experimentell nachwies, dass RIP in dieser Art aktiv ist. In einer separaten Studie zeigten wir zudem, dass ein akzessorisches Chromosom, chrA, im Insektenpathogen M. robertsii mehrfach horizontal übertragen wurde, ohne dass anderes genetisches Material übertragen wurde. ChrA schien unter bestimmten Wirtsbedingungen einen Wettbewerbsvorteil zu bieten und wurde über Artengrenzen hinweg innerhalb der Gattung Metarhizium horizontal übertragen. Schließlich untersuchten wir in einem unveröffentlichten Teil dieses Projekts den Einfluss von Histonmodifikationen auf die Übertragung akzessorischer Chromosomen in Z. ardabiliae, einer Schwesterart von Z. tritici, und stellten dabei unterschiedliche Muster zwischen den beiden Arten fest. Insgesamt bieten diese Erkenntnisse wertvolle Einblicke in die Rolle von Histonmodifikationen, mitotischen Prozessen, horizontaler Übertragung und meiotischen Mechanismen bei der Übertragung und Evolution von akzessorischen Chromosomen in Pilzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Epigenetic modifications affect the rate of spontaneous mutations in a pathogenic fungus. Nature Communications, 12(1).
Habig, Michael; Lorrain, Cecile; Feurtey, Alice; Komluski, Jovan & Stukenbrock, Eva H.
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Non-Mendelian transmission of accessory chromosomes in fungi. Chromosome Research, 30(2-3), 241-253.
Komluski, Jovan; Stukenbrock, Eva H. & Habig, Michael
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Repeat-Induced Point Mutation and Gene Conversion Coinciding with Heterochromatin Shape the Genome of a Plant-Pathogenic Fungus. mBio, 14(3).
Komluski, Jovan; Habig, Michael & Stukenbrock, Eva H.
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Frequent horizontal chromosome transfer between asexual fungal insect pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(11).
Habig, Michael; Grasse, Anna V.; Müller, Judith; Stukenbrock, Eva H.; Leitner, Hanna & Cremer, Sylvia
