Mini-Chromosomen als horizontale Gen-Shuttles im Multihost-Blast-Pilz

Description: Magnaporthe oryzae ist ein äußerst verheerendes Pflanzenpathogen, welches eine Vielzahl von Getreidearten, sowie Wildgräser, infizieren kann. Blast-Pilz M. oryzae-Stämme, welche für die bisherigen Pandemien bei Nutzpflanzen verantwortlich sind, haben einen klonalen Ursprung und vermehren sich ungeschlechtlich. Trotz der fehlenden genetischen Veränderung durch Rekombination gelingt es M. oryzae sich schnell an seinen Wirt anzupassen und Krankheitsresistenzen zu überwinden, was eine große Herausforderung für die Entwicklung Blast-resistenter Nutzpflanzen darstellt. Dies wirft ebenfalls die Frage auf, wie sich klonale M. oryzae-Stämme ständig an neue Wirte anpassen können, obwohl sie nur über begrenzte genetische Vielfalt verfügen.Ich stelle die Hypothese auf, dass genetisches Material wie Virulenzfaktoren, zwischen M. oryzae-Stämmen horizontal durch Mini-Chromosomen übertragen werden kann. Des Weiteren stelle ich die Hypothese auf, dass diese kleine (500kb - 3Mb) überzählige Chromosomen, die als horizontale Gen-Shuttles fungieren, wichtige Determinanten der klonalen Anpassung von M. oryzae sind. Vorhergehende Analysen des Gastgeberlabors ergaben das Vorhandensein eines Mini-Chromosoms unbekannter Herkunft in einem klonalen Reis-infizierenden M. oryzae-Stamm nahe. Die Sequenz des neuartigen mChr zeigt am meisten Ähnlichkeit mit Sequenzen von Wildgräser-infizierenden M. oryzae-Stämmen. Diese M. oryzae-Stämme, die nicht kultivierte Gräser infizieren, treten im Feld gemeinsam mit reisinfizierenden M. oryzae-Stämmen auf, was darauf hindeutet, dass die fremde Mini-Chromosom-Sequenz von dort stammt. Darüber hinaus trägt das neuartige Mini-Chromosom eine Reihe bereits bekannter, sowie potentiell neuartiger, Virulenzgene, was darauf hindeutet, dass es die Virulenz beeinflussen kann. Ich werde auf diesen spannenden Ergebnissen aufbauen, und den ersten Fall eines horizontalen mChr-Transfers zwischen pflanzenpathogenen Pilzen im Feld nachweisen, indem ich: i) den Ursprung des neuartigen Mini-Chromosoms bestimme und ii) seine Auswirkungen auf die Virulenz des Wirts feststelle. Um diese beiden Ziele zu erreichen, werde ich eine Kombination aus vergleichenden genomischen, pilzgenetischen und pflanzenpathologischen Ansätzen verwenden.Nach Abschluss dieses Vorhabens werde ich nachgewiesen haben, dass der horizontale Mini-Chromosomentransfer nicht nur im Feld vorkommt, sondern auch eine Triebkraft für die Wirtsanpassung im Blast-Pilz ist.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Getreide ? Süßgräser ? Krankheitsresistenz ? Lack ? Biochemie ? Phytopathologie ? Genetische Ressourcen ? Nutzpflanze ? Pandemie ? Pflanzenzüchtung ? Pathogenität ? Pilz ? Genetische Vielfalt ? Krankheitserreger ? Stoffwechsel ? Allgemeine Genetik ? Chemical Ecology ? Functional Genome Biology ? General Genetics ? Genetics of Microorganisms ? Genetik der Mikroorganismen ? Microbiomes of Plant Systems ? Mikrobiome pflanzlicher Systeme ? Organismic Interactions ? Organismische Interaktionen ? Stoffwechselphysiologie ? chemische Ökologie ? funktionelle Genomforschung ?

Region: Schleswig-Holstein

Bounding boxes: 9.75° .. 9.75° x 54.2° .. 54.2°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Christian-Albrechts-Universität zu Universität zu Kiel, Institut für Phytopathologie, Abteilung Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie (Projektverantwortung)
• The Sainsbury Laboratory (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2024-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Mini-Chromosomes as Horizontal Gene Shuttles in the Multihost Blast Fungus
  Description: Magnaporthe oryzae is a highly devastating plant pathogen that infects a variety of cereal crops and wild grasses. To date, most M. oryzae strains responsible for crop pandemics are of clonal origin and reproduce asexually. Despite their lack of genetic shuffling via recombination, clonal M. oryzae are able to quickly adapt to their host and overcome disease resistance, posing a major challenge in developing blast resistant crops. This raises the question of how clonal M. oryzae populations can constantly adapt to novel host germplasm in spite of only harboring limited genetic variation.I hypothesize that genetic material such as virulence factors can be horizontally transferred among M. oryzae strains through mini-chromosomes. I further hypothesize that these small (500kb - 3Mb) supernumerary chromosomes, which act as horizontal gene shuttles, are important determinants of clonal adaptation in M. oryzae. Recent observations by the host laboratory revealed the presence of a mini-chromosome of unknown origin in a clonal rice-infecting M. oryzae strain. This “alien” mini-chromosome displays low sequence similarity to rice blast fungus strains and is most similar to those infecting non-cultivated grasses. M. oryzae strains infecting non-cultivated grasses physically co-occur with rice-infecting M. oryzae strains in the field, suggesting that is where the alien mini-chromosome sequence originates from. In addition, the alien mini-chromosome carries a high number of known and predicted novel virulence genes, indicating it can impact host disease.I will build on these exciting findings and establish the first case of horizontal mChr transfer between plant pathogenic fungi in the field. I will pursue two objectives i) establish the origin of the alien mini-chromosome and ii) determine its impact on virulence to the host. I will accomplish these two objectives using a combination of comparative genomic, fungal genetic and plant pathology approaches.At the completion of this proposal, I will have demonstrated that not only does horizontal mini-chromosome transfer occur in the field, but that it is a driver of host adaptation in the blast fungus. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140265

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/506550091 (Webseite)

Status

Aktiv

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