Dokument: The genome of the fungal plant pathogen Thecaphora thlaspeos

Titel:	The genome of the fungal plant pathogen Thecaphora thlaspeos
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=40003
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20161017-114951-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Frantzeskakis, Lamprinos [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,03 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.10.2016 / geändert 11.10.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Ernst, Joachim F. [Gutachter]
Stichwörter:	Smut fungi, Plant Pathology, Genomics
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Fungal plant pathogens are still an important limitation to global produce increase, despite the development of chemical and genetic means for their control. In many grain crops, diseases that are caused by members of the Ustilaginales lead to yield loss and severe reduction of the grain quality. These fungi have a biotrophic life style which is completed with the production of dark pigmented teliospores usually in the reproductive organs of the host. This characteristic symptom has coined the term “smut fungi” for this group of pathogens. Research for this disease is dominated by the model organism and causal agent of the corn smut, Ustilago maydis. In recent years, many advances have been made in characterizing virulence factors and processes necessary for host colonization, mainly driven by well-established lab protocols and rich genomic information for these species. A challenge that persists however is the description of the host responses and the elucidation of possible defense strategies to this disease. The difficulty is owed to the genetic complexity of maize and other host grasses of the smut fungi. Overcoming this issue would require the migration of the current knowledge on smut fungi to a host-pathogen pair that includes a model plant and a smut pathogen with the same lab-friendly attributes of U. maydis. In order to explore this option, this study presents Thecaphora thlaspeos, a fungal plant pathogen of the Brassicaceae species Arabis hirsuta and Ar. ciliata. After describing the main symptoms, culture characteristics and its genome, it is shown that this species presents significant novelties compared to other smut fungi. One remarkable feature of T. thlaspeos is that its teliospores germinate filamentously after the perception of a host derived signal and in contrast to many of the grass smuts, filamentous growth persists in haploid culture even in the absence of a compatible b heterodimer. In addition, comparative analysis of the T. thlaspeos genome shows that although the majority of the genes between the so far sequenced smut fungi are homologous, a group of approximately 350 genes is unique for this species. This group includes small, putatively secreted and cysteine-rich proteins that are likely to be necessary for successful host infection. Selected examples of this group are discussed and examined in detail. With this work, a foundation is laid to explore T. thlaspeos as a potential complimentary organism to U. maydis. It is anticipated that the strains derived from this study along with the annotated genome will facilitate further exploration of the ability of smut fungi to infect Brassicaceae and most importantly to determine if this species is able to complete its life cycle in the model plant Arabidopsis thaliana. Pilzliche Pflanzenpathogene sind nach wie vor eine wichtige Limitierung für die globale Ertragserhöhung von pflanzlichen Erzeugnissen trotz der Entwicklung chemischer und genetischer Möglichkeiten für ihre Kontrolle. In vielen Getreidearten führen Krankheiten, die durch Mitglieder der Ustilaginales hervorgerufen werden, zum Ertragsverlust und erheblicher Minderung der Kornqualität. Diese Pilze haben einen biotrophen Lebensstil, der durch die Produktion dunkel pigmentierter Teliosporen, üblicherweise in den reproduktiven Organen des Wirtes, vollendet wird. Dieses charakteristische Symptom hat den Begriff „Brandpilz“ für diese Gruppe von Pathogenen geprägt. Die Forschung über diese Krankheiten wird angeführt vom Modellorganismus und kausalen Erreger des Maisbeulenbrandes, Ustilago maydis. In den letzten Jahren wurden viele Fortschritte bezüglich der Charakterisierung von Virulenzfaktoren und Prozessen, die für die Wirtskolonisierung notwendig sind, gemacht. Diese wurden hauptsächlich durch gut etablierte Laborprotokolle und ausgiebige genomische Informationen für diese Art vorangetrieben. Eine Herausforderung, die dennoch fortbesteht, ist die Beschreibung der Wirtsantworten und die Schilderung möglicher Abwehrstrategien für diese Krankheit. Die Schwierigkeit liegt dabei in der genetischen Komplexität von Mais und anderen Wirtsgräsern der Brandpilze. Diesen Aspekt zu überwinden würde voraussetzen das derzeitige Wissen über Brandpilze auf ein Wirt-Pathogen Paar zu übertragen, welches eine Modellpflanze und einen Brandpilz mit denselben laborfreundlichen Attributen wie U. maydis involviert. Um diese Option zu untersuchen, wird in dieser Arbeit Thecaphora thlaspeos präsentiert, ein pflanzenpathogener Pilz der Brassicaceae Spezies Arabis hirsuta und Ar. ciliata. Nachdem die Hauptsymptome, Kulturcharakteristika und sein Genom beschrieben werden, wird gezeigt, dass diese Spezies signifikante Neuerungen gegenüber anderen Brandpilzen aufweist. Eine bemerkenswerte Eigenschaft von T. thlaspeos ist, dass die Teliosporen filamentös keimen nachdem ein vom Wirt stammendes Signal wahrgenommen wird. Im Gegensatz zu vielen Gräser befallenden Brandpilzen wird sogar in Abwesenheit eines kompatiblen b-Heterodimers das filamentöse Wachstum aufrechterhalten. Zusätzlich zeigten vergleichende Analysen des T. thlaspeos Genoms, dass obwohl die Mehrheit der Gene zwischen den bis jetzt sequenzierten Brandpilzen homolog sind, es eine Gruppe von etwa 350 Genen gibt, die spezifisch für diesen Organismus ist. Diese Gruppe enthält kleine, voraussichtlich sekretierte und Cystein-reiche Proteine, die wahrscheinlich für die erfolgreiche Infektion des Wirtes benötigt werden. Ausgewählte Beispiele dieser Gruppe werden diskutiert und detailliert untersucht. Mit dieser Arbeit wird ein Fundament gelegt, um zu untersuchen ob T. thlaspeos das Potenzial als komplementärer Organismus zu U. maydis hat. Es wird antizipiert, dass die aus dieser Arbeit hervorgehenden Stämme zusammen mit dem annotierten Genom weitere Forschung der Fähigkeit von Brandpilzen, Brassicaceae zu infizieren, ermöglichen. Der wichtigste Aspekt dieser Stämme wird jedoch sein, zu bestimmen ob diese Spezies in der Lage ist, seinen Lebenszyklus in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu vollenden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Mikrobiologie
Dokument erstellt am:	17.10.2016
Dateien geändert am:	17.10.2016
Promotionsantrag am:	15.05.2016
Datum der Promotion:	16.08.2016