Comparative functional genomics of fungal morphogenesis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pilze (Eumycota) bilden eine der artenreichsten Gruppen innerhalb der Eukaryoten, sie sind weltweit und in nahezu allen Lebensräumen verbreitet. Sie können als Saprophyten, Symbionten oder Pathogene mit ihrer Umwelt interagieren, und haben sowohl für die Funktion von Ökosystemen als auch für Land- und Forstwirtschaft, Medizin und Biotechnologie eine wichtige Bedeutung. Dabei sind sowohl die pathogene oder symbiontische Interaktionen als auch die Produktion von medizinisch oder biotechnologisch relevanten Metaboliten oft an bestimmte Entwicklungsstadien im Lebenszyklus eines Pilzes gebunden, so dass die Erforschung pilzlicher Differenzierungsprozesse eine Grundvoraussetzung für das Verständnis von Pilzen. Ziel dieses Projekts war es daher, durch die Analyse evolutionär konservierter Genexpressionsmuster ein tieferes Verständnis pilzlicher Entwicklungsprozesse zu erlangen und ausserdem geeignete Kandidatengene gezielt auszuwählen und näher zu charakterisieren. Die führte zu folgenden Ergebnissen: 1) Durch vergleichende Expressionsanalysen von S. macrospora und N. crassa konnten putative Polyketidbiosynthesegene identifizert werden, die wichtig für die sexuelle Entwicklung sind. Dies ist besonders interessant, da abgesehen von Melanin- Biosynthesegenen wenig über die Rolle von Polyketiden in der pilzlichen Entwicklung bekannt ist. 2) Ein Vergleich von Mikroarray-Daten von S. macrospora und F. graminearum zeigte, dass es konservierte Genexpressionsmuster während der sexuellen Entwicklung auf einer breiteren genomischen Ebene gibt, und dass diese die Hypothese bestätigen, dass das vegetative Myzel Nährstoffe etc. akkumuliert, bis es einen Zustand der "Kompetenz" erreicht, der die Ausbildung von Fruchtkörpern ermöglicht, die dann vom vegetativen Myzel "ernährt" werden. Auf der Basis dieser Analysen wurde das asf1-Gen zur weiteren Charakterisierung ausgewählt, und wir konnten zeigen, dass es für ein funktionelles Histon- Chaperon kodiert, dessen Rolle während der Fruchtkörperbildung konserviert ist. Weitere interessante Kandidatengene konnten unter anderem durch den Vergleich von differentiell exprimerten Genen in P. confluens und S. macrospora sowie N. crassa identifizert werden. 3) Im Rahmen dieses Projekts wurden Methoden etabliert bzw. weiterentwickelt, die im Rahmen von Kooperationen für die Analyse verschiedener biologischer Fragestellungen eingesetzt werden konnten. So wurde die Technik der cross-species-Mikroarray-Hybridisierung für Hyphenpilze im Rahmen einer Kooperation zur die Charakterisierung von Kreuzungstypgenmutanten von S. macrospora eingesetzt. Weiterhin war meine Arbeitsgruppe entscheidend an der Sequenzierung des S. macrospora-Genoms beteiligt, hierbei handelte es sich um eines der ersten eukaryotischen Genome, die mittels Next-Generation-Techniken sequenziert wurden. Die Genomsequenz von S. macrospora ist eine wesentliche Grundlage für zukünftige Analysen mit modernen Techniken wie RNA-Seq oder ChIP-Seq; weiterhin konnte hierdurch grundsätzlich gezeigt werden, dass auch die Assemblierung komplexer eukarotischer Genome aus diesen Sequenzen möglich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009). A novel polyketide biosynthesis gene cluster is involved in fruiting body morphogenesis in the filamentous fungi Sordaria macrospora and Neurospora crassa. Curr Genet 55: 185-198
Nowrousian M
- (2010). De novo assembly of a 40 Mb eukaryotic genome from short sequence reads: Sordaria macrospora, a model organism for fungal morphogenesis. PLoS Genet 6: e1000891
Nowrousian M, Stajich JE, Chu M, Engh I, Espagne E, Halliday K, Kamerewerd J, Kempken F, Knab B, Kuo HC, Osiewacz HD, Pöggeler S, Read ND, Seiler S, Smith KM, Zickler D, Kück U, Freitag M
- (2010). Functional characterization of MAT1-1-specific mating-type genes in the homothallic ascomycete Sordaria macrospora provides new insights into essential and non-essential sexual regulators. Eukaryot Cell 9: 894-905
Klix V, Nowrousian M, Ringelberg C, Loros JJ, Dunlap JC, Pöggeler S
- (2010). Next-generation sequencing techniques for eukaryotic microorganisms: sequencingbased solutions to biological problems. Eukaryot Cell 9: 1300-1310
Nowrousian M
- (2011). Evolution of genes for secondary metabolism in fungi. In: Pöggeler S, Wöstemeyer J (eds) The Mycota XIV, Evolution of fungi and fungal-like organisms, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg, p. 231-255
Teichert I, Nowrousian M
