Sequenzen Protein-kodierender Gene als Basis für die Überarbeitung der Familienstruktur der Zygomyceten

• Antragstellerin: Privatdozentin Kerstin Voigt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5191354

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Pilze bilden nach weitgehend akzeptierter Interpretation eine geschlossene, monophyletisch entstandene Gruppe der Eukaryota, die zeitgleich mit ihrer Schwestergruppe, den vielzelligen Tieren (Metazoa) entstanden sind vier Phyla (Asco-, Basidio-, Chytridio- und die Zygomycota) beinhalten. Während die Chytridiomycota eine vorwiegend aquatische Lebensweise besitzen, sind die Asco-, Basidio- und die Zygomycota terrestrische Pilze, von denen die Zygomycota oder Jochpilze nach allgemein akzeptierter Meinung als die ursprünglichsten aller landlebenden Pilze gelten. Damit nehmen die Jochpilze eine evolutionsgeschichtliche Zwischenstellung zwischen den aquatischen und den beiden abgeleiteteren Asco-/Basidiomycota ein. Im Rahmen des Projekts konnten umfassende und kohärente, die Großgruppen verbindende Phylogenien, die es zu Beginn des Projekts noch nicht oder nur teilweise und dann nur auf der Basis ribosomaler RNA-Gene gab, etabliert werden. Eine der Hauptpunkte des Projekts bestand darin Multigen- Phylogenien zu rekonstruieren, die ribosomale RNA- mit proteinkodierenden Genen vergleichen bzw. verbinden. Damit zählen die Publikationen zu einen der ersten Arbeiten, welche proteinkodierende Gene in der Rekonstruktion basaler Pilze anwendete. Im Verlauf des Projekts wurden über 600 DNA-Sequenzen (vorzugsweise von Protein-kodierenden Genen) erzeugt, ausgewertet und zur Rekonstruktionen von Phylogenien verwendet, aus denen Rückschlüsse auf evolutionäre Trends und Einflüsse auf die Systematik dieser Pilze gezogen werden konnten. Es zeigte sich, daß die traditionelle Familienstruktur der Mucorales (der prominentesten Ordnung der Zygomycota, heute Mucoromycotina) größtenteils polyphyletisch ist und keinem natürlichen System folgt. Die Hälfte der zwölf Familien konnte neubearbeitet (fusioniert bzw. neubeschrieben) werden. Eine mutmaßliche 13. Familie, die Mortierellaceae, konnte eindeutig einer separaten Ordnung, den Mortierellales, zugeordnet werden. Neue Primersysteme zur zuverlässigen in vitro Amplifikation der Gene der Zytoskelettbausteine Aktin und Beta-Tubulin, der im Zellzyklus involvierten Proteinkinase CDC2/28, des Translationselongationsfaktors 1 alpha sowie der im Sexualpheromonsystem involvierten 4-Dihydromethyltrisporat- Dehydrogenase konnten erfolgreich konstruiert werden. Morphologische und wachstumsphysiologische Kriterien, die vor Beginn des Projekts, zur Identifizierung dieser Pilze genutzt wurden, konnten revidiert und deren phylogenetische Relevanz bestimmt werden. Die Mucorales stellen eine interessante und morphologisch vielfältige Gruppe dar, bei denen sich die Gestalt nicht mit der Evolutionsgeschichte parallel entwickelte. Vielmehr ist diese Gruppe von Pilzen durch zahlreiche kryptische Arten (gleiche Morphologie, unterschiedliche Abstammung) geprägt, deren Bedeutung als pflanzliche und humane Pathogene weiter steigen wird.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Schmitt I, Partida-Martinez LP, Winkler R, Voigt K, Einax E, Dölz F, Telle S, Wöstemeyer J & Hertweck C (2008) Evolution of host resistance in a toxin-producing bacterial-fungal alliance. The ISME Journal: 2: 632-641.
  
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ismej.2008.19)
• Einax E & Voigt K (2003) Oligonucleotide primers for the universal amplification of Ã�-tubulin genes facilitate phylogenetic analyses in the regnum Fungi. Organisms, Diversity & Evolution 3: 185-194.
  
  
• Hijri M, Redecker D, MacDonald-Comber Petetot JA, Voigt K, Wöstemeyer J & Sanders IR (2002) Identification and isolation of two ascomycete fungi from spores of the arbuscular mycorrhizal fungus Scutellospora castanea. Applied and Environmental Microbiology 68: 4567-4573.
  
  
• Hoffmann K, Discher S & Voigt K (2007) Revision of the genus Absidia (Mucorales, Zygomycetes) based on physiological, phylogenetic and morphological characters: Thermotolerant Absidia spp. form a coherent group, Mycocladiaceae fam. nov. Mycological Research 111 (10): 1169-1183.
  
  
• Schimek C, Kleppe K, Saleem AR, Voigt K, Burmester A & Wöstemeyer J (2003) Sexual reactions in Mortierellales are mediated by the trisporic acid system. Mycological Research 107: 736-747.
  
  
• Voigt K & Wöstemeyer J (2001) Phylogeny and origin of 82 zygomycetes from all 54 genera of the Mucorales and Mortierellales based on combined analysis of actin and translation elongation factor EF-1¿ genes. Gene 270: 113-120.
  
  
• Voigt K, Cozijnsen AJ, Kroymann J, Pöggeler S & Howlett BJ (2005) Phylogenetic relationships between members of the crucifer pathogenic Leptosphaeria maculans species complex as shown by mating type (MAT1-2), actin and Ã�-tubulin sequences. Molecular Phylogenetics and Evolution 37: 541-557.
  
  
• Wöstemeyer J, Grünler A, Schimek C & Voigt K (2005) Genetic regulation of carotenoid biosynthesis in fungi. In: Applied Mycology and Biotechnology Vol 5: Genes and Genomics. Elsevier, pp. 257-274.
  
  
• Wöstemeyer J, Schimek C, Schultze K, Burmester A & Voigt K (2004) Parasexual processes in fungal host-parasite interactions. Endocytobiosis Cell. Res. 15: 477-481.