Blue light-dependent development of the filamentous fungus Aspergillus nidulans
Entwicklung des filamentösen Pilzes Aspergillus nidulans in blauem Licht
von Özgür Bayram
Datum der mündl. Prüfung:2007-11-01
Erschienen:2007-11-22
Betreuer:Prof. Dr. Gerhard Braus
Gutachter:Prof. Dr. Wolfgang Liebl
Gutachter:Prof. Dr. Oliver Einsle
Gutachter:Prof. Dr. Christiane Gatz
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Name:bayram.pdf
Size:30.3Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Numerous studies have revealed that fungal development and the production of secondary metabolites are linked although the molecular mechanisms are yet unknown. Light seems to be one of the environmental triggers for the coordination of these processes. Here, the light-controlled synchronization of the formation of sexual fruitbodies (cleistothecia) and secondary metabolism was analysed in the filamentous model fungus Aspergillus nidulans. The light response of the fungus was addressed by analyzing a cryptochrome-like gene product as putative blue light receptor. A. nidulans carries a single gene in its genome, termed cryA, with the capacity to encode a cryptochrome/photolyase-like protein. We aimed at the characterization of cryA and its product as a first fungal cryptochrome. Detailed interpretation of experimental results and findings revealed that the A. nidulans CryA is a unique protein among the cryptochrome/photolyase-like protein family because it is a dual function protein which regulates gene expression in A. nidulans: it repairs UV-induced DNA damage both in a UV repair defective E.coli and in A. nidulans. Expression experiments revealed that it regulates a novel transcriptional feedback loop including the so-called light-dependent velvet regulatory protein. Expression of the veA gene is affected by CryA activity. The A. nidulans velvet A gene, veA, is an essential component of the light-dependent sexual development regulation whose function is inhibited in day light (red light) and actived in the absence of light (darkness). veA represses asexual development and promotes sexual fruit body formation in A. nidulans. Here, an orthologue of velvet in the heterothallic fungus Neurospora crassa, and showed that the N.crassa velvet, ve-1, is conserved structurally and functionally. It also regulates fungal development resulting in stunted hyphal growth and increased asexual conidiation of mutant strains. In addition to its role in sexual development in A. nidulans, veA is also involved in the regulation of secondary metabolism, since deletion of veA results in a complete loss of cleistothecia formation and the loss of sterigmatocystin production as well as downregulation of the expression of genes responsible for penicillin biosynthesis. The molecular mechanism of this connection between light control and secondary metabolism is yet unknown and has been addressed in this work, too. For this purpose, interaction partners of VeA were identified using a generic Tandem Affinity Purification (TAP) tag approach. It turned out that VeA is a part of a trimeric protein complex constituted by VelB, VeA and the putative LaeA methyl transferase, a master regulator of secondary metabolism. This newly defined velvet complex appears to regulate both light-dependent sexual development and secondary metabolism in A. nidulans.
Keywords: Aspergillus nidulans; Neurospora crassa; Cryptochrome; Velvet; Secondary metabolism; VeA; VelB
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Zahlreiche Studien belegen, dass in Pilzen Entwicklungsprozesse und die Produktion von Sekundärmetaboliten gekoppelt sind, die molekulare Mechanismen dieses Zusammenhangs sind jedoch bislang unbekannt. Dabei scheint Licht ein Umweltfaktor zu sein, der diese Prozesse bedingt. In dieser Arbeit wurde die lichtvermittelte Synchronisation der Fruchtkörperbildung mit dem Sekundärmetabolismus des pilzlichen, filamentösen Modelorganismus Aspergillus nidulans erforscht. Die Lichtantwort dieses Pilzes wurde durch Analyse eines Cryptochrom-artigen Genprodukts als potentiellen Blaulichtrezeptor untersucht. Das Genom von A. nidulans beinhaltet ein einziges, als cryA bezeichnetes Gen, das für ein Cryptochrom- bzw. Photolyase-artiges Protein kodieren könnte. Eingehende experimentelle Untersuchungen zeigten, dass CryA von A. nidulans ein einzigartiges Protein der Cryptochrom/Photolyase-ähnlichen Proteinfamilie darstellt, da es aufgrund seiner dualen Funktionsweise die Genexpression in A. nidulans reguliert: UV-induzierte DNA-Schäden werden von CryA sowohl in einem reparaturdefizienten E. coli-Stamm als auch in A. nidulans behoben. Expressionstudien zeigten, dass es darüber hinaus eine bislang unbekannte Transkriptionsregulationsschleife reguliert, die das lichtabhängige Regulatorprotein velvet beinhaltet. Die Expression des kodierenden veA-Gens wird durch die CryA-Aktivität beeinflusst. Das velvet A (veA)-Gen von A. nidulans ist eine essentielle Komponente der Regulation der lichtabhängigen sexuellen Entwicklung, deren Funktion durch Tages- bzw. Rotlicht inhibiert und in Dunkelheit aktiviert wird. veA reprimiert in A. nidulans die asexuelle Entwicklung und unterstützt die Bildung sexueller Fruchtkörper. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Orthologes in dem heterothallischen Pilz Neurospora crassa identifiziert, und es konnte gezeigt werden, dass das velvet-Gen aus N. crassa, ve-1, sowohl strukturell als auch funktionell konserviert ist. Darüber hinaus reguliert es die Pilzentwicklung, veranschaulicht durch das Erscheinungsbild (verkürzte Hyphen, vermehrte asexuelle Sporulation) entsprechender Mutanten. Über seine Rolle innerhalb der sexuellen Differenzierung in A. nidulans hinaus ist VeA auch an der Regulation des Sekundärstoffwechsels beteiligt. Deletion von veA führt zur vollständigen Blockade der Kleistothezienentwicklung, der Sterigmatocystinproduktion und zu einer verminderten Expression von Genen, die zur Penizillinbiosynthese benötigt werden. Die molekularen Grundlagen dieser Verbindung von Lichtregulation und Sekundär-metabolismus sind bislang unbekannt und sollten innerhalb dieser Arbeit ebenfalls untersucht werden. Hierfür wurden Interaktionspartner von VeA mittels des sog. Tandem-Affinity-Purification (TAP)-tag-Ansatzes identifiziert. Dabei stellte sich heraus, dass VeA in einem trimeren Proteinkomplex vorliegt, bestehend aus VelB, VeA und der potentiellen LaeA-Methyltransferase, einem Hauptregulator des Sekundärmetabolismus. Dieser hier erstbeschriebene Velvetkomplex reguliert anscheinend sowohl die lichtabhängige sexuelle Entwicklung als auch den Sekundärmetabolismus von A. nidulans.
Schlagwörter: Aspergillus nidulans; Neurospora crassa; Cryptochrom; Velvet; Sekundärmetabolismus; VeA; VelB