Analyse des Kreuzungstyp-Locus des filamentösen Ascomyceten Sordaria macrospora

Abstract

Sex als Mechanismus des Austausches genetischen Materials zweier Individuen ist ein komplexer, streng regulierter Prozess in vielen verschiedenen Spezies. Innerhalb der Klasse der Ascomyceten stellen die sogenannten Kreuzungstyp-Gene die Hauptregulatoren der sexuellen Entwicklung dar. Dabei unterscheidet man generell heterothallische, selbst-sterile, Pilze, wie Neurospora crassa, und homothallische, selbst-fertile, Organismen wie Sordaria macrospora. In N. crassa existieren zwei verschiedene Formen von Kreuzungstyp-Loci, welche unterschiedliche Gene enthalten. Diese vermitteln die Ausprägung der unterschiedlichen Kreuzungstypen mat a und mat A. Nur Individuen unterschiedlichen Kreuzungstyps sind in der Lage sich sexuell fortzupflanzen. S. macrospora als homothallischer Organismus benötigt keinen zweiten Kreuzungspartner. Es existiert eine Form des Kreuzungstyp-Locus, bestehend aus vier Genen, Smta-1, SmtA-1, SmtA-2 und SmtA-3, welche starke Homologien zu N. crassa aufweisen. Die Gene kodieren dabei für putative Transkriptionsfaktoren (Smta-1, SmtA-1) oder für Proteine ohne bekannte, funktionelle Motive (SmtA-2, SmtA-3). In dieser Studie wurde die Funktion der Kreuzungstyp-Gene SmtA-1, SmtA-2 und SmtA-3 in S. macrospora untersucht. Deletionsmutanten der entsprechenden Gene wurden hergestellt und analysiert. ΔSmtA-1 und ΔSmtA-3 sind fertil, während ΔSmtA-2 nicht in der Lage ist reife Fruchtkörper und Ascosporen (Meiosporen) zu bilden. In real-Time PCR Analysen und einer cross-species Microarray Analyse gegen N. crassa konnten Pheromone und Rezeptoren als auch viele andere Gene als durch die Kreuzungstyp-Proteine SMTA-1 und SMTA-2 reguliert identifiziert werden. Mittels einer Yeast-Two-Hybrid Analyse konnten für SMTA-2 verschiedene putative Interaktionspartner identifiziert werden, deren Homologe in Saccharomyces cerevisiae und N. crassa an Prozessen der sexuellen Entwicklung und der Genregulation beteiligt sind. Diese Daten lassen den Schluss zu, dass SMTA-2 als ein Hauptregulator der sexuellen Entwicklung sowohl an Prozessen während der Karyogamie und Meiose, als auch bei der Sporen- und Ascusentwicklung beteiligt ist. Die Kreuzungstyp-Proteine SMTA-1 und SMTA-3 dagegen scheinen ihre Funktion im Verlauf der Evolution zumindest teilweise verloren zu haben.Der filamentöse Ascomycet Penicillium chrysogenum besitzt als Antibiotikaproduzent eine große wirtschaftliche Bedeutung. Obwohl dieser Pilz als asexuell gilt, konnten in früheren Studien Kreuzungstyp-Gene und Komponenten eines Pheromon-Rezeptor-Systems gefunden werden. Die Pheromone und Rezeptoren wurden im heterologen System der Bäckerhefe S. cerevisiae auf ihre Funktionalität hin untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchung lassen auf ein funktionelles Pheromon-Rezeptor System in P. chrysogenum und damit auf einen bisher unentdeckten sexuellen Zyklus in diesem Hyphenpilz schließen.