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Light effects on fruiting body development of wildtype in comparison to light-insensitive mutant strains of the basidiomycete Coprinopsis cinerea, grazing of mites (Tyrophagus putrescentiae) on the strains and production of volatile organic compounds during fruiting body development

dc.contributor.advisorKües, Ursula Prof. Dr.de
dc.contributor.authorChaisaena, Wassanade
dc.date.accessioned2009-07-20T15:12:20Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T11:00:08Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:27Zde
dc.date.issued2009-07-20de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B11E-Fde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2341
dc.description.abstractCoprinopsis cinerea gilt in Thailand als ein spezieller Speisepilz (Hed-cone-noi), der von kleinen Familienbetrieben auf landwirtschaftlichen Abfallstoffen, wie z.B. auf Wasserhyazinthe und Stroh produziert und in eingelegter Form vermarktet wird. In der Wissenschaft wird er als Modelorganismus zu Fruktifizierungsstudien bei Homobasidiomyzeten (Agaricomycotina) eingesetzt. C. cinerea ist ein heterothallischer Pilz, in dessen Lebenszyklus das Myzel abwech¬selnd zwei Stadien einnimmt: das unfruchtbare, kreuzungsfähige monokaryotische Myzel (Monkaryon) und das fruchtbare dikaryotische Myzel (Dikaryon), die sich im zweiwöchigem Lebenszyklus abwechseln. Dikaryonten mit zwei verschiedenen haploiden Zellkernen entstehen durch Verschmelzen zweier kompatibler Monokaryoten mit unterschiedlichen haploiden Zellkernen. Die Paarung zwischen den beiden Monokaryoten wird über unterschiedliche Allele an den beiden Kreuzungstypgenorte A und B kontrolliert. Diese werden auch für die Induktion der Fruchtkörperbildung des Pilzes benötigt. Gewisse Mutationen in diesen Genen bewirken eine Selbstkompatibilität von monokaryontischen Myzelien, die es diesen Mutanten wie z.B. dem Stamm AmutBmut erlauben, ohne vorherige Kreuzung mit einem anderen Monokaryon Fruchtkörper auszubilden. Solche Mutanten sind bevorzugte Stämme für Mutagenesen zur Suche von Entwicklungsdefekten in Fruchtkörperbildung, da sie nur einen Typ von haploiden Kernen besitzen. In dieser Dissertation wurde der morphologische Prozess der Fruchtkörperentwicklung des Stammes AmutBmut hinsichtlich der Lichtregulierung untersucht. Die Fruchtkörperentwicklung dauert insgesamt sieben Tage. Zuerst werden kleine Hyphenaggregate gebildet, in denen sich Gewebe für Hut und Stiele der Pilze differenzieren. In den reifen Primordien findet Karyogamie, Meiose und sexuelle Basidiosporenbildung in bzw. an spezifischen Zellen (Basidien) statt. Die Prozesse der Gewebeentwicklung, Karyogamie und Meiose, sowie die Bildung von Basidiosporen werden durch den Tag/Nacht-Rhythmus kontrolliert, d.h. durch Zeiten mit und Zeiten ohne Licht. In dieser Arbeit wurden bis zur vollständigen Entwicklung von Primordien sechs verschie¬dene Zeitpunkte definiert, bei denen ein Lichtsignal für den korrekten Fortgang des Prozesses nötig ist. Sollten Lichtsignale während der Entwicklung z.B. durch Transfer von Strukturen verschiedenen Alters (1 Tag alt, 2 Tage alt, etc.) in konstante Dunkelheit fehlen, werden anstelle von Fruchtkörpern elongierte Strukturen ( etiolierte Stiele ) gebildet mit langen Stielen und unterentwickelten Hüten. Je nach Alter beim Transfer sind die erreichten Entwicklungsstadien der Hutgewebe verschieden weit, aber bis zu einem Alter von 5 Tagen wird jeweils eine Weiterentwicklung des Hutgewebes durch Transfer ins Dunkle blockiert. Gewebe einzelner Stadien der Fruchtkörperentwicklung und der Entwicklung etiolierte Stiele bei Wildtyp und Mutanten wurden eingebettet, geschnitten und die Struktur unter dem Mikroskop beobachtet. Vier verschiedene Mutanten wurden untersucht, die in Licht etiolierte Stiele bildeten. Alle Mutationen waren rezessiv und traten in verschiedenen Genen ( dst1, dst2, dst3 bzw. dst4) auf. Zwei der Mutanten wurden direkt aus AmutBmut produziert. Zwei weitere kamen aus Japan mit einem anderen genetischen Hintergrund. In einem umfangreichen co-isogenem Prozess (sieben Generationen, wobei die erste Kreuzung mit dem Homokaryon AmutBmut und die weiteren Rückkreuzungen mit dem zu AmutBmut co-isogenen Monokaryon PS001-1 durchgeführt wurden) wurden neue Stämme mit dem gleichen genetischen Hintergrund wie AmutBmut produziert mit jeweils einem Gendefekt einer etiolotierten Stielausbildung aus den japanischen Stämmen. Bildung etiolierter Stiele in co-isogene Mutanten der vier verschiedenen dst-Gene wurden morphologisch untersucht und verglichen. Zwei Mutanten (dst1, dst2) waren defekt in ersten Schritten der Gewebeentwicklung. Sie waren zudem defekt in Licht-kontrollierter Bildung asexueller Sporen (Oidien) am Myzelium. Die dst2 Mutante war zudem defekt in der Unterdrückung von Fruchtkörperbildung im konstanten Licht und sie bildete auch etiolierte Stiele, wenn sie vollkommen im Dunkeln angezogen wurde im Gengensatz zum AmutBmut Wildtyp und anderen Mutanten, die mindestens ein Lichtsignal zur ersten Induktion einer Entwicklung benötigen. Aufgrund einer einfacheren Handhabung ist diese Mutante daher besonders interessant für Pilzzüchter für die Produktion essbarer Pilze, da sie etolierte Stiele under allen Bedingungen (im Licht, im Dunkeln, bei höheren und bei niedrigeren Temperaturen) macht. Alle anderen Stämme formen etiolierte Stiele nur bei 28°C. Im Gegesatz zu anderen Stämmen, bei denen die kurzlebigen Fruchtkörper schnell degenerieren, wenn sie nicht gleich geerntet und weiter in Lake eingelegt werden, sind etiolierte Stiele langlebig und können daher frisch an Kunden verkauft werden.Pilze werden aus verschiedenen Gründen gegessen, u.a. wegen ihres guten Geschmacks und Geruchs. In Kooperation mit Forschern der Abteilung Forstzoologie und Waldschutz, insbesondere Dr. Prodpran Thakeow, wurden Odorabgaben während der Fruchtkörperentwicklung gemessen. Typische flüchtige Pilzgerüche (1-Octen-3-ol, 3 Octanon) wurden in größeren Mengen während der frühen Phasen der Fruchtkörperentwicklung entdeckt. Ebenso konnten flüchtige Sesquiterpene (β-Himachalen und Cuparen) während der Reifung nachgewiesen werden. Auch wenn diese Gerüche angenehm für den Verbraucher sind, können sie doch Probleme bei der Lage¬rung bereiten. Staubmilben wie z.B. Tyrophagus putrescentiae (Acari: Acaridida) lassen sich einfach durch diese Düfte anlocken und können dann Lebensmittel verderben. Labortests mit T. putrescentiae belegten, dass die beiden C8-Komponenten 1 Octen-3-ol und 3 Octanon die Arthropoden anlocken. Folglich werden Milben auch von C. cinerea Kulturen angelockt, die dann als Nahrungsmittel genutzt wurden. Milbenfraß bewirkt am angegriffenen Myzel eine immense Erhöhung an den vier volatilen Substanzen (VOCs, volatile organic compounds ). Dies erklärt auch die Milebnaggregation an den Fraßstellen in Pilzkulturen, da hier im vegetativen Myzelium vermutlich eine erhöhte Produktion an VOCs stattfindet. Das Verhalten von Milben gegenüber Myzelkulturen und Fruchtkörpern wurde untersucht. Milben fressen das vegetative Myzel, aber nicht Primordien, Fruchtkörperstiele und etiolierte Stiele und auch nicht die multizellulären Sklerotien, melanisierte aggregierte Strukturen, die zum Fortbestehen der Pilze dienen. Allerdings werden die Milben von den Hüten reifer Fruchtkörper angelockt, wo sie die Lamellen beweiden und die reifen Basidiosporen in sich aufnehmen. Die Tiere verbreiten Basidiosporen äußerlich durch Anheften der Sporen an ihren Körpern, sowie gefressene Sporen nach Passieren der Verdauungstrakte durch Ausscheiden von Fäkalien. Ausgeschiedene intakte Basidiosporen in Faekalien können auskeimen. Wie hier gezeigt, dienen Milben daneben auch als Vektoren von Bakterien und, wie in der Literarur berichtet, auch von anderen Pil¬zen. Probleme, die bei der kommerziellen Pilzkultivierung durch Milbenbefall auftreten, sind so¬mit die Kontaminierung des Materials durch die Fäkalien der Milben, sowie die Einbringung anderer schädlicher Mikroorganismen in die Pilzkulturen. In der kommerziellen Pilzkultivierung müssen daher gute hygienische Bedingungen herrschen, um einen Milbenbefall zu vermeiden.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/de
dc.titleLight effects on fruiting body development of wildtype in comparison to light-insensitive mutant strains of the basidiomycete Coprinopsis cinerea, grazing of mites (Tyrophagus putrescentiae) on the strains and production of volatile organic compounds during fruiting body developmentde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeSchütz, Stefan Prof. Dr.de
dc.date.examination2008-07-17de
dc.subject.dnb000 Allgemeinesde
dc.subject.dnbWissenschaftde
dc.description.abstractengCoprinopsis cinerea in Thailand is a speciality mushroom (hed-cone-noi) that is grown in small family businesses on agricultural wastes, e.g. on water hyacinths and straw, and the fungi are offered in pickled form to the customers. In research, it is used as a model organism to study fruiting body development in the homobasidiomycete fungi (Agaricomycotina). C. cinerea is a heterothallic species with two distinct types of mycelia alternating in its life cycle, i.e. the infertile monokaryon and the fertile dikaryon. Dikaryons with two distinct haploid nuclei in their cells form by fusion of two compatible monokaryons having different haploid nuclei. Mating between two monokaryons is controlled by the two mating type loci A and B. For a compatible mating, two monokaryons need to have different alleles at both loci. These are also needed for induction of fruiting body (mushroom) development. Certain mutations in the mating type genes cause self-compatibility of monokaryons, allowing such mutants (e.g. strain AmutBmut) to develop fruiting bodies without prior mating to a compatible monokaryon. Because strains like AmutBmut contain only one type of haploid nuclei and developmental mutants are easy to obtain from them, they are preferred strains for genetic studies in fruiting body development. In this thesis, the morphological processes of fruiting body development of strain AmutBmut were followed up with respect to light regulation. Fruiting body development from start to end takes seven days in which first small hyphal aggregates will be formed, in which tissues for mushroom cap and stipe will then differentiate. Once all tissues are fully developed in the fruiting body primordia, nuclear fusion and meiosis will occur in specific cells (basidia) for the formation of the sexual basidiospores. The process of tissue development, karyogamy and meiosis and basidiospore formation is strictly controlled by the day/night rhythm, i.e. by periods with light and by periods without light. In total, six time points up to primordia maturation were defined where a light signal is required for progress in development. When transferring developing structures of different age (1 day-old, 2 days-old, ...) into constant dark, so-called etiolated, respectively dark stipes are formed, structures with long stipes and underdeveloped caps. Depending on the age of transfer, the developmental stage of the cap differs but up to day 5 of development, there will always be an arrest in development. Structures and tissues were observed under the microscope after embedding and sectioning them. Structures of etiolated stipes were compared with similar structures formed by specific mutants in fruiting body development in the normal day-night rhythm. Four different mutants forming etiolated stipes under light illumination were analyzed. Genetic crosses showed that they had all recessive mutations and that the mutants were defective in different genes (dst1, dst2, dst3 and dst4, respectively). Two of the mutants were directly produced in the AmutBmut background. Two others were obtained from Japan and had a different genetic background. In an extensive co-isogenisation process (seven generations including a first cross with homokaryon AmutBmut and subsequent backcrosses to the AmutBmut co-isogenic monokaryon PS001-1), new strains were produced having the same genetic background of strain AmutBmut but carrying the defective etiolated stipes genes from the Japanese strains. Four co-isogenic mutants were compared in more detail in etiolated stipe development. Two of the mutants were defective in early development in light control of tissue differentiation. These two mutants (dst1, dst2) were also defective in the light-induced production of asexual spores (oidia) in the mycelium. The dst2 mutant furthermore was defective in repression of fruiting body development in constant light and it formed etiolated stipes in constant dark unlike all other mutants and strain AmutBmut that require at least one light signal or alternatively a nutritional signal to induce hyphal aggregation. This latter dst2 mutant is particularly interesting for mushroom production as it will produce etiolated stipes under all environmental conditions (light, dark, lower and higher temperature) unlike the other mutants and also the AmutBmut strain that develop etiolated stipes only in a strict temperature regime at 28°C. For farmers, cultivation will thus become easier when less restrictive culture conditions are tolerated. As a further advantage, unlike the wildtype mushrooms that will degenerate within a day unless boiled and pickled, the etiolated stipes are long lasting and can thus be sold also as fresh food to the customers. Mushrooms are eaten by several reasons - one of it is their pleasant taste and odour. In further experiments performed in cooperation with members of the Forest Zoology and Forest Conservation, in particular Dr. Prodpran Thakeow, odour development during fruiting body development was followed up. Typical volatile mushroom odours (1-octen- 3-ol, 3 octanone) were detected in higher amounts during the earlier stages of fruiting body development as well as certain volatile sesquiterpenes (β-himachalene and cuparene) at mushroom maturation. Whilst these odours are pleasant and attractive to the human consumer, they also may give a problem for hygienic storage of mushrooms. Storage mites also called grain or food mites such as Tyrophagus putrescentiae (Acari: Acaridida) are easily attracted by these odours and may spoil the food. Laboratory tests with T. putrescentiae proofed that both C8-compounds 1 octen-3-ol and 3 octanone attracted the arthropods. In consequence, mites were easily attracted to cultures of C. cinerea which were used as food sources by the animals. Wounding of the mycelium was shown to dramatically increase the production of the four VOCs (volatile organic compounds). Mites in fungal cultures were found clustering together in the vegetative mycelium at places of grazing, possibly due to an increase in the production of VOCs by possibly the damage caused through the grazing. The behaviour of mites towards fungal cultures and mushrooms were further observed. Mites grazed on the vegetative mycelium but they did not attack the fruiting body primordia, fruiting body stipes and neither etiolated stipes and they also left aside the multicellular sclerotia, melanized aggregated structures serving for duration. However, mites were attracted to the caps of maturing fruiting bodies where they graze on the gills including ingesting the mature basidiospores. Basidiospores were distributed by the animals externally when attached to their bodies. Basidiospores were however also internally distributed by the mites. After passing the digestion track of the mites, faecal pellets were excreted containing many intact basidiospores able to germinate. In addition, mites were seen to distribute the asexually formed oidia from the vegetative mycelium to new places. In conclusion, mites act in three different ways in distributing in fungus. In addition, they are vectors of bacteria as shown in this work as well as of other fungi as reported in the literature. Major problems in commercial mushroom cultivation given with mite infestation are thus the contamination of the material with the abundant faeces that the mites produce as well as the bringing in of unwanted other micro-organisms that spoil the mushroom cultures. In practice for commercial mushroom production, good hygienic conditions have to be provided in order to avoid mite infestation.de
dc.contributor.coRefereeFinkeldey, Reiner Prof. Dr.de
dc.subject.topicForest Sciences and Forest Ecologyde
dc.subject.gerCoprinopsis cinereade
dc.subject.gerCoprinus cinereusde
dc.subject.gerAmutBmutde
dc.subject.gerTintlingsartigede
dc.subject.gerFruchtkörperentwicklungde
dc.subject.gerTyrophagus putrescentiaede
dc.subject.gerMilbende
dc.subject.gerdst gende
dc.subject.gerVOCsde
dc.subject.engCoprinopsis cinereade
dc.subject.engCoprinus cinereusde
dc.subject.engAmutBmutde
dc.subject.engInkcap mushroomsde
dc.subject.engFruiting body developmentde
dc.subject.engTyrophagus putrescentiaede
dc.subject.engMitesde
dc.subject.engdst genede
dc.subject.engVOCsde
dc.subject.bk48.00 Land- und Forstwirtschaftde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2169-6de
dc.identifier.purlwebdoc-2169de
dc.affiliation.instituteFakultät für Forstwissenschaften und Waldökologiede
dc.identifier.ppn610422790de


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