Wie passen sich Pflanzenpathogene an neue Wirtsgruppen an? Einblicke in die Evolution von Genomen nach einem Wirtswechsel anhand des pflanzenparasitischen Oomyzets Hyaloperonospora crispula und seiner Schwesterart Hyaloperonospora arabidopsidis.

• Antragsteller: Dr. Ronny Kellner
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270159645

Neben ihren spezifischen Wirten können pflanzenbiotrophe Mikroorganismen auch manche Nicht-Wirte infizieren. Gelegentlich führt dies zu Adaption und neuen Pathogenlinien. In vielen Gruppen, einschließlich aggressiver Pathogene von Kulturpflanzen, sind Wirtsprünge häufig und stellen angesichts möglicher Pandemien eine ernst zu nehmende Gefahr dar. Für erfolgreiche Gegenmaßnahmen fehlen jedoch grundlegende Einblicke in mögliche Türen bzw. Hürden für Wirtssprünge und deren adaptive Prozesse. Der Oomyzet Hyaloperonospora crispula (Hpc) ist ein idealer Kandidat zur Analyse molekularer Mechanismen der Anpassung an neue Wirtsgruppen. Als einzige Art der Gattung Hyaloperonspora parasitiert Hpc auf Reseda während seine nächsten Verwandten an Kreuzblütler angepasst sind. Meine Hypothese ist, dass das Genom von Hpc nach dem Sprung auf Reseda grundlegende Veränderungen vollzog, welche überwiegend die Anpassung an diese neue Wirtsgruppe widerspiegelen. Mit dem beantragten Stipendium beabsichtige ich molekulare Grundlagen der Wirtspezifität von Hpc zu identifizieren. Ich werde das Genom und Transkriptom von Hpc analysieren im Vergleich zu der Schwesterart H. arabidopsidis (Hpa), einem etablierten Modelparasit der Modelpflanze Arabidopsidis thaliana. Daten von 5 entfernt verwandten Phytophthora Arten dienen dabei als Außengruppe. Das Genom von Hpc werde ich dazu hinsichtlich der Zuwächse und Verluste von Genen und Genfamilien, nicht kodierender Bereiche und Signaturen positiver Selektion untersuchen. Neben konservierten Virulenz-relevanten Genen könnten dabei neue Effektorgene entdeckt werden, welche vielversprechende Kandidatengene für Wirtsspezifität sind. Für die Analyse von Polymorphismen werde ich eine Sammlung von Hpc Populationen aus Ostengland anlegen. Des Weiteren werde ich RNAseq Analysen von Hpc-infizierten Reseda Pflanzen durchführen um Einblicke in die wirtsabhängige Genexpression zu erhalten. Abschließend werde ich unter Verwendung des bakteriellen Typ III Sekretionssystems von Pseudomonas syringae ~10 Kandidatenproteine hinsichtlich ihrer Effekte auf Virulenz von Ps. syringae in A. thaliana und Reseda luteola untersuchen. Dazu gehören Gene bzw. Genfamilien mit (1) erhöhten Evolutionsraten, (2) Abwesenheits- und Kopienzahlpolymorphismen, und (3) differentieller Expression zwischen Hpc und Hpa. Zusammenfassend zielt dieses Projekt auf die Erforschung adaptiver Mechanismen von Wirtsspezifität nach Wirtswechseln. Es untersucht genomische, transkriptionelle und molekulare Aspekte des obligat biotrophen Oomyzets Hpc im Vergleich zu seiner Schwesterart Hpa. Zusätzlich etabliert es eine Sammlung von Hpc Populationen. Damit werden grundlegende Erkenntnisse gewonnen über Veränderungen der Genomstruktur und Genregulation nach einem Wirtswechsel, welche Schlüsselkomponenten für die Entwicklung von Abwehrstrategien in Agrarsystemen sein könnten. Darüber hinaus liefert es neue Werkzeuge und Perspektiven für umfangreichere Studien des Hpa-A. thaliana Systems.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Sophien Kamoun, Ph.D.