Kreuzungstyp- und Pheromon-abhängige Kernerkennung und Entwicklungssteuerung bei dem filamentösen Ascomyceten Sordaria macrospora
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die meisten eukaryotischen (kernhaltigen) Organismen reproduzieren sich durch sexuelle Fortpflanzung. Dabei wird das genetische Material von zwei Eltern neu kombiniert und an die Nachkommen weitergegeben. Die sexuelle Fortpflanzung wird durch ein genetisch fixiertes Programm gesteuert, dass eine Vielzahl von Prozessen reguliert. So z. B. die Differenzierung von komplexen Fortpflanzungsorganen, die Partnerfindung sowie zelluläre Vorgänge der Befruchtung. Tiere und Pflanzen haben in der Regel zwei morphologisch verschiedene Geschlechter entwickelt. Im Gegensatz dazu bilden die meisten Pilze keine männlichen und weiblichen Geschlechter aus, sondern zwei paarungsfähige Individuen sind in der Regel nur physiologisch unterscheidbar. Der physiologische Unterschied ist genetisch determiniert und wird durch den sog. Kreuzungstyp-Locus kodiert. Die Erkennung der Kreuzungspartner bei Pilzen findet über ein Pheromon/Rezeptor-System statt. Kreuzungstyp-Gene der filamentösen Ascomyceten kodieren Proteine, von denen die meisten starke Ähnlichkeiten zu DNA-bindenden Transkriptionsfaktoren aufweisen. Diese regulieren essentielle zelluläre Signalkaskaden, die zur Befruchtung, Karyogamie und Meiose führen. Unter anderem gehören zu den Zielgenen, die von Kreuzungstyp-Proteinen in ihrer Aktivität reguliert werden, Pheromon- und Rezeptorgene. Wir untersuchten in diesem Projekt an dem Modellorganismus Sordaria macrospora wie Kreuzungstyp-Proteine zusammen mit anderen Transkriptionsfaktoren nicht nur die Aktivität von Pheromon- und Rezeptorgenen sondern auch von vielen weiteren Genen regulieren. Durch das gezielte Ausschalten der Kreuzungstyp-Gene konnten wir aufklären, welche der Kreuzungstyp-Proteine für die sexuelle Entwicklung essentiell sind. Wir führten Mikroarray-Analysen durch, und isolierten weitere Zielgene der Kreuzungstyp-kodierten Transkriptionsfaktoren. Außerdem zeigten wir, dass die Kreuzungstyp-Proteine mit anderen Proteinen interagieren und so regulatorische Protein-Interaktionsnetzwerke bilden. Erstmalig wiesen wir nach, dass ein intaktes Pheromon/Rezeptor-System bei Pilzen nicht nur für die Partnererkennung, sondern auch maßgeblich für spätere Entwicklungsschritte, wie eine ordnungsgemäße Entwicklung von Fruchtkörpern und Ascosporen ist. Mit genetischen Methoden untersuchten wir in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. U. Kück (Ruhr-Universität Bochum) die zelluläre Weiterleitung des Pheromonsignals und konnten zeigen, dass heterotrimere GTP-bindende Proteine (G-Proteine) als zentrale Schalter an der Signaltransduktion beteiligt sind. Der letztgenannte Aspekt unserer Forschung war im September 2008 die „Cover-Story" der Zeitschrift Genetics. Dies berichtet die Pressestelle der Ruhr-Universität Bochum am 16.09.2008 als Presseinformation auf ihrer Internetseite.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2005) Functional Characterization of an alpha-factor-like Sordaria macrospora peptide pheromone and analysis of its interaction with its cognate receptor in Saccharomyces cerevisiae. Eukaryot Cell 4: 661-672
Mayrhofer S, Pöggeler S
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(2006) A MADS-box protein interacts with a mating-type protein and is required for fruiting body development in the homothallic ascomycete Sordaria macrospora. Eukaryot Cell 5: 1043-1056
Nolting N, Pöggeler S
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(2006) A STE12 homologue of the homothallic ascomycete Sordaria macrospora interacts with the MADS box protein MCM1 and is required for ascosporogenesis. Mol Microbiol 62: 853-868
Nolting N, Pöggeler S
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(2006) Fruiting body development in ascomycetes. In: U. Kues and R. Fischer (Eds) THE MYCOTA I, Fungal growth, differentiation and sexuality. 2nd Edition, Springer Veriag, Heidelberg, New York pp 325-355
Pöggeler S, Nowrousian M, Kück U
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(2006) Highly efficient generation of signal transduction knockout mutants using a fungal strain deficient in the mammalian ku70 ortholog. Gene 378:1-10
Pöggeler S, Kück U
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(2006) Microarray and real time PCR analyses reveal mating type-dependent gene expression in a homothallic fungus. Mol Gen Genomics 275:492-503
Pöggeler S, Nowrousian M, Ringelberg C, Loros J, Dunlap J, Kück U
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(2006) Pheromones and pheromone receptors are required for proper sexual development in the homothallic ascomycete Sordaria macrospora. Genetics 172: 1521-1533
Mayrhofer S, Weber JM, Pöggeler S
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(2007) MAT and its role in the homothallic ascomycete Sordaria macrospora. In: Heitman J, Kronstad J, Taylor J, Casselton L (Eds) "Sex in fungi: molecular determination and evolutionary implications" ASM Press, Washington D.C, pp 171-188
Pöggeler S
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(2008) A cyanase is transcriptionally regulated by arginine and involved in cyanate decomposition in Sordaria macrospora. Fungal Genet Biol 45: 1058-1069
Elleuche S, Pöggeler S
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(2008) Three alpha subunits of heterotrimeric G-proteins and an adenylyl cyclase have distinct roles in fruiting body development in a homothallic fungus. Genetics 180:190-206
Kamerewerd J, Jansson M, Nowrousian M, Pöggeler S, Kück U
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(2009) Sordaria macrospora, a model system for fungal development. In: T. Anke and D. Weber (Eds) THE MYCOTA XV, Physiology and Genetics: Selected Basic and Applied Aspects. Springer Veriag, Heidelberg, New York pp 17-39
Kück, U, Pöggeler S, Nowrousian M, Nolting, N, Engh, I
