Identification of host-specific virulence factors of the smut fungus Sporisorium reilianum by genotype to phenotype mapping

Aachen (2018, 2019) [Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (VII, 147 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Die beiden hostadaptierten Varietäten des Brandpilzes Sporisorium reilianum (S. reilianum f. sp. zeae, SRZ und S. reilianum f. sp. reilianum, SRS) produzieren Sporen entweder auf Mais oder auf Hirse. Für eine Pflanzeninfektion müssen paartaugliche haploide Sporidien verschmelzen und infektiöse dikaryotische Filamente bilden, die die Pflanze im Keimlingsstadium infizieren und einen Krankheitsphänotyp in Form von Sporenentwicklung in den Blütenständen der Pflanze verursachen. Obwohl beide Varietäten auf genomischer Ebene sehr eng verwandt sind, sind die molekularen Ursachen der Wirtsselektion unbekannt. Um die wirtsbestimmenden Faktoren zu identifizieren, erzeugten wir Geschlechtssporen, indem wir den kompatiblen SRZ-Stamm SRZ1_5-2 (Kreuzungstyp a1b1) mit dem SRS-Stamm SRS2_H2-7 (Kreuzungstyp a2b6) kreuzten. Meiotische Nachkommen (SRSZ) mit dem Paarungstyp a1b1 wurden ausgewählt und auf Virulenz auf Hirse nach Paarung mit SRS_H2-7 getestet. Die Virulenz-tests zeigten, dass die Nachkommen entweder nicht-virulent waren oder verschiedene Grade des Krankheitsphänotyps zeigten. Wir wählten 110 nicht-virulente Nachkommen, 50 Nachkommen mit voller Virulenz und 29 Nachkommen mit intermediärer Virulenz auf Hirse für die Genotypanalyse aus. Genomische DNA von 191 Stämmen (189 Nachkommen und 2 Elternstämme) wurde isoliert und unter Verwendung der Illumina-Technologie mit einer Leselänge von 125 nt (paired-end) sequenziert. Die Kartierung der Reads gegen die beiden zusammengesetzten Schwester-Elterngenome zeigte, dass der Ursprung der chromosomalen Regionen für alle SRSZ-Stämme eindeutig zugeordnet werden konnte. Interessanterweise enthielten wenige Stämme teilweise duplizierte genomische Regionen, d. H. Sie trugen die gleichen chromosomalen Fragmente von beiden Eltern. Die Korrelation des Phänotyps mit dem Ursprung der genomischen Loci der Eltern ergab eine Region von 35 Genen im linken Arm des Chromosoms 7, die möglicherweise mit dem Virulenzphänotyp auf Hirse assoziiert ist. Die Analyse dieser Region ergab einen Cluster von 9 Genen, die in Hirse hochreguliert sind, nur eine geringe Sequenzkonservierung zwischen den Varietäten zeigen und für Proteine kodieren, die vorhergesagte Sekretionssignalpeptide tragen. Die Deletion dieses Genclusters in SRS und anschließende Virulenzanalyse auf Hirse zeigte, dass die Abwesenheit dieses Clusters die Sporenbildungsfähigkeit von SRS in Hirse aufhebt. Diese Ergebnisse zeigen, dass klassische Genetik kombiniert mit Phänotyp-Assoziationsanalyse unter Verwendung von NGS Methoden zur Identifizierung von Wirtsspezifitätsfaktoren in S. reilianum geeignet ist.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Borah, Nilam Nayan

Gutachterinnen und Gutachter

Schirawski, Jan
Blank, Lars Mathias

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2019-03473

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