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Gene identifiziert, die die Entwicklung von Pilzen steuern

28.10.2019

Die Fruchtkörper von Pilzen können ganz unterschiedlich geartet sein. Bochumer Forscher konnten einige dafür zuständige Gene identifizieren.

Viele Pilze bilden komplexe, dreidimensionale Strukturen. Dies können große Fruchtkörper sein, wie man sie von Speisepilzen wie dem Champignon kennt. Es können aber auch deutlich kleinere Strukturen von weniger als einem Millimeter sein, diese eignen sich vor allem für die Analyse im Labor.


Jan Breuer, Minou Nowrousian und Ramona Lütkenhaus (von links) erforschen die Genetik von Pilzen.

RUB, Marquard

Die Entwicklung der dreidimensionalen Strukturen unterliegt einer genetischen Kontrolle. Diese ist jedoch noch nicht hinreichend gut untersucht.

Ein internationales Forschungsteam aus Deutschland, Spanien und den USA um Dr. Minou Nowrousian vom Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Botanik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat nun vergleichende Genomics-Analysen von drei Pilzen durchgeführt, um Gene zu identifizieren, deren Aktivität während der Entwicklung evolutionär konserviert ist.

Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscherinnen und Forscher in der Dezemberausgabe der Zeitschrift Genetics, online seit 15. Oktober 2019 zu lesen.

Mehrstufiges Verfahren

Zu Beginn der Studie haben die Forscher als Teil des 1.000-Fungal-Genomes-Projekts das Genom des Pilzes Ascodesmis nigricans sequenziert. Danach wurden sogenannte Transkriptom-Analysen mit diesem Pilz durchgeführt, bei denen die Aktivität aller Gene im Genom parallel gemessen werden konnte. Dabei wurden sowohl die Fruchtkörper als auch das wesentlich weniger komplexe vegetative Myzel des Pilzes untersucht.

„Wir haben die erhaltenen Daten mit entsprechenden Entwicklungsstadien von zwei anderen Pilzen verglichen, die mit Ascodesmis nigricans nur entfernt verwandt sind“, erklärt Minou Nowrousian die weitere Vorgehensweise. „Hierdurch konnten wir 83 Gene identifizieren, die in allen drei Pilzen während der Fruchtkörperentwicklung aktiviert sind“.

Modellorganismus für weitere Untersuchungen eingesetzt

Um zu überprüfen, ob die Gene mit konserviertem Expressionsmuster tatsächlich eine Rolle bei der Fruchtkörperbildung spielen, wurde die Funktion von vier der identifizierten Gene im Detail in dem Modellorganismus Sordaria macrospora untersucht. Dieser Pilz eignet sich besonders gut für molekularbiologische Untersuchungen der Fruchtkörperbildung.

Ramona Lütkenhaus und Jan Breuer aus der Arbeitsgruppe von Minou Nowrousian führten die funktionellen Analysen durch. Dabei konnten sie drei der vier Gene als Entwicklungsgene bestätigen.

„Zwei der neu identifizierten Entwicklungsgene sind vermutlich an der Organisation von Chromatin, einem Bestandteil des Zellkerns, der das Erbgut der Zelle enthält, beteiligt. Damit hätten sie direkten Einfluss auf die Aktivität weiterer Gene, die im Lauf der Entwicklung an- oder abgeschaltet werden müssen“, so Ramona Lütkenhaus.

Das 1.000-Fungal-Genomes-Projekt

Das 1.000-Fungal-Genomes-Projekt unter der Leitung von Joseph Spatafora (Oregon State University, USA) und Igor Grigoriev (Department of Energy, Joint Genome Institute, USA) hat das Ziel, die Genome von zwei Pilzarten aus jeder bekannten Pilzfamilie zu sequenzieren und somit die Biodiversität der Pilze auch auf Genomebene zu analysieren.

Das Besondere an diesem Projekt ist, dass Pilzforscher weltweit Pilzspezies zur Sequenzierung vorschlagen können. Für Pilze, die in das Projekt aufgenommen werden, schicken die vorschlagenden Forscher DNA an das Joint Genome Institute, wo die Sequenzierung stattfindet.

Es konnten im Rahmen des Projekts bereits mehrere hundert Genome sequenziert werden, und auch das in der Bochumer Studie analysierte Genom von Ascodesmis nigricans wurde als Teil des Projekts sequenziert. Die Daten aus den sequenzierten Genomen sind in einer öffentlichen Datenbank hinterlegt, um sie allen Forschern als Ressource für weitere Forschungsprojekte zur Verfügung zu stellen.

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) förderte das Projekt unter Leitung von Privatdozentin Dr. Minou Nowrousian (NO 407/7-1).

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Privatdozentin Dr. Minou Nowrousian
Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Botanik
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24588
E-Mail: minou.nowrousian@rub.de

Originalpublikation:

Ramona Lütkenhaus et al.: Comparative genomics and transcriptomics to analyze fruiting body development in filamentous ascomycetes, in: Genetics, 2019, DOI: 10.1534/genetics.119.302749

Weitere Informationen:

https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2019-10-28-molekulare-botan...

Raffaela Römer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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