Mini-Chromosomen als horizontale Gen-Shuttles im Multihost-Blast-Pilz
Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Reisbrandpilz, Magnaporthe oryzae, ist ein äußerst zerstörerischer Pflanzenpathogen, der sowohl Wildgräser als auch wichtige Getreide wie Reis und Weizen infiziert. In den letzten Jahren hat die Ausbreitung der Brandkrankheit, verursacht durch diesen Pilz, zugenommen, wahrscheinlich bedingt durch den internationalen Handel mit infiziertem Saatgut und den Klimawandel, was ihn zu einer erheblichen Bedrohung für die globale Getreidewirtschaft macht. Im Rahmen meines von Walter Benjamin geförderten Projekts ergaben sich zwei Hauptbefunde. Erstens haben wir entdeckt, dass der Reisbrandpilz in Süddeutschland vorkommt und dort Wildgräser infiziert. Diese Region galt zuvor als zu kalt für sein Überleben, was auf eine mögliche nordwärts gerichtete Migration des Pilzes hinweist, möglicherweise begünstigt durch die globale Erwärmung. Darüber hinaus zeigten Laborexperimente, dass diese in Deutschland isolierten Pilze unter kontrollierten Bedingungen auch Weizen und Gerste infizieren können. Da Wirtssprünge zwischen Pilzstämmen, die Wildgräser infizieren, und solchen, die Kulturpflanzen befallen, in der Vergangenheit zu Pandemien der Brandkrankheit geführt haben, weisen diese Befunde auf ein latentes Risiko für die europäische Getreideproduktion hin. Der zweite wichtige Befund war, dass der Reisbrandpilz genetisches Material horizontal durch den Transfer von zusätzlichen Mini-Chromosomen austauschen kann. Ich habe gezeigt, dass der Transfer von Mini-Chromosomen unter natürlichen Feldbedingungen zwischen Pilzstämmen, die Wildgräser infizieren, und solchen, die Kulturpflanzen befallen, stattfinden kann. Vorläufige Beobachtungen meiner Arbeit zeigen auch, dass die horizontale Aufnahme von Mini-Chromosomen einen Einfluss auf wichtige biologische Prozesse wie Fortpflanzungsstrategie, Krankheit und Wirtsspektrum hat. Durch die Aufnahme neuen genetischen Materials durch Mini-Chromosomen können klonale Isolate, die Kulturpflanzen infizieren und durch eine reduzierte genetische Vielfalt gekennzeichnet sind, sich leichter an ihre Wirte anpassen und so zur Ausbreitung der Brandkrankheit beitragen. Die Ergebnisse dieses Projekts haben direkte Auswirkungen auf landwirtschaftliche Praktiken. Zum einen unterstreichen sie die Bedeutung der Überwachung der Brandkrankheit nicht nur auf Getreide, sondern auch auf Wildgräsern. Zum anderen kann die Erkennung von horizontalem Gentransfer zwischen Isolaten die Strategien zur Bekämpfung der Brandkrankheit beeinflussen, wie selektives Jäten oder gezielter Fungizideinsatz, um den Genaustausch zu begrenzen und die Evolution des Pathogens einzudämmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Genome assemblies of the blast fungus Magnaporthe (Syn. Pyricularia) spp. collected from wild grasses in Germany (2022)
Barragan, A.C., Win, J., Harant, A., Kamoun, S. & Langner, T.
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Wild grass isolates of Magnaporthe (Syn. Pyricularia ) spp. from Germany can cause blast disease on cereal crops.
Barragan, A. Cristina; Latorre, Sergio M.; Mock, Paul G.; Harant, Adeline; Win, Joe; Malmgren, Angus; Burbano, Hernán A.; Kamoun, Sophien & Langner, Thorsten
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Increased genetic diversity of clonal rice blast fungus lineages through multiple mini-chromosome transfers (2024) Zenodo, Poster presented at 32nd Fungal Genetics Conference, Pacific Grove, CA, USA
Barragan, A.C., Latorre, S.M., Malmgren, A., Harant, A., Win, J., Sugihara, Y., Burbano, H.A., Kamoun, S. & Langner, T.
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Multiple Horizontal Mini-chromosome Transfers Drive Genome Evolution of Clonal Blast Fungus Lineages. Molecular Biology and Evolution, 41(8).
Barragan, Ana Cristina; Latorre, Sergio M.; Malmgren, Angus; Harant, Adeline; Win, Joe; Sugihara, Yu; Burbano, Hernán A.; Kamoun, Sophien & Langner, Thorsten
