Functional Genomics-Analysen der Morphogenese bei Pilzen

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Projektgruppe (Leitung: Minou Nowrousian) am Lehrstuhl für Allgemeine und Molekulare Botanik der Ruhr-Universität Bochum.
Die meisten Pilze wachsen in Form von Hyphen, dabei handelt es sich um lange, verzweigte Zellfäden. Diese können zu komplexen Strukturen aggregieren, z.B. zu Fruchtkörpern, in denen Sporen gebildet werden. Wir untersuchen die genetische Basis dieser Differenzierungsprozesse. Zu diesem Zweck analysieren wir Mutanten, die in frühen Stadien der Fruchtkörperentwicklung gehemmt sind, und vergleichen die Genexpression in den Mutanten mit der des Wildtyps mittels Mikroarray-Analysen, Laser-Mikrodissektion in Kombination mit RNA-Seq und quantitativer Real-Time-PCR. Weiterhin vergleichen wir die Genexpression in verschiedenen Pilzen untereinander, um evolutionär konservierte Expressionsmuster zu identifizieren. Gene mit gleicher Regulation in verschiedenen Spezies können dazu genutzt werden, eine zentrale Gruppe von Genen zu definieren, die an der pilzlichen Fruchtkörperbildung beteiligt sind. Weitere Details zu diesen Projekten gibt es auf der Projektseite und in einigen Publikationen.

Neue Ergebnisse aus dem "comparative functional genomics"-Projekt:

Vor Kurzem wurde das mitochondriale Genom von Pyronema confluens sequenziert, das nun neben dem bereits sequenzierten Kerngenom zur Verfügung steht. P. confluens gehört zu der basalen Gruppe der Pezizomyceten, die zu den filamentösen Ascomyceten gehören, und es war bisher keine mitochondriale Genomsequenz eines Pezizomyceten bekannt. Mit mehr als 191 kb gehört das mitochondriale Genom von P. confluens zu den größten unter den Pilzen. Dies deutet darauf hin, dass ein Trend zur Expansion des mitochondrialen Genoms bereits in den Vorfahren der filamentösen Ascomyceten existierte.

In einem Gemeinschaftsprojekt am Lehrstuhl für Allgemeine und Molekulare Botanik haben wir vorhandene RNA-seq-Daten der filamentösen Ascomyceten Pyronema confluens und Sordaria macrospora sowie des Taphrinomyceten Schizosaccharomyces pombe auf das Vorhandensein von RNA-Edierung hin analysiert. A-zu-I-Edierung konnte während der sexuellen Entwicklung der beiden filamentösen Pilze festgestellt werden, aber nicht in der Hefe S. pombe. Weiterhin konnten wir feststellen, dass RNA-Edierung bevorzugt in späteren Stadien der Fruchtkörperentwicklung stattfindet, und dass es in S. macrospora-Mutanten mit einem relativ frühen Defekt in der Fruchtkörperbildung nicht nachweisbar war.

In einer Kooperation, die von den Arbeitsgruppen von Gregory Jedd und Jason Stajich organisiert wurde, wurde das Genom des Taphrinomyceten Neolecta irregularis sequenziert. Im Unterschied zu vielen Taphrinomyceten, die als Hefen wachsen, bildet N. irregularis komplexe vielzellige Strukturen in Form von Fruchtkörpern. Eine Untersuchung von Genen, die in N. irregularis und den Pezizomycotina (filamentösen Ascomyceten) konserviert sind, aber nicht in verschiedenen Hefen, ergab eine Gruppe von mehr als 1000 Genen, in der Gene mit einer Funktion in Endomembransystemen der Zelle stark vertreten waren. Diese Gene sind interessante Kandidatengene für weitere funktionelle Untersuchungen zu ihrer Rolle in der sexuellen Entwicklung. Weiterhin wird es im Hinblick auf die Evolution der RNA-Edierung während der sexuellen Entwicklung von Pilzen interessant sein, Transkriptomdaten aus verschiedenen Entwicklungsstadien von N. irregularis zu untersuchen.

Publikationen:

Nowrousian M (2016) Complete mitochondrial genome sequence of the Pezizomycete Pyronema confluens. Genome Announc 4: e00355-16 Paper at Genome Announcements

Teichert I, Dahlmann T, Kück U, Nowrousian M (2017) RNA editing during sexual development occurs in distantly related filamentous ascomycetes. Genome Biol Evol 9: 855-868 Paper at Genome Biology and Evolution

Nguyen TA, Cissé OH, Wong JY, Zheng P, Hewitt D, Nowrousian M, Stajich JE, Jedd G (2017) Innovation and constraint leading to complex multicellularity in the Ascomycota. Nat Commun 8:14444, doi: 10.1038/ncomms14444 Paper at Nature Communications