Genetik: Horizontaler Gentransfer in Pilzen nachgewiesen
Der Pflanzenschädling Fusarium oxysporum befällt je nach Abstammungslinie sehr unterschiedliche Wirtspflanzen. Wissenschaftler haben jetzt herausgefunden, dass die dafür verantwortlichen Virulenzgene auf Chromosomen liegen, die der Pilz vergleichbar mit dem Plasmid-Transfer bei Bakterien auf andere Pilze übertragen kann. Durch diesen horizontalen Gentransfer können sich die Pilze blitzschnell an neue Umweltbedingungen anpassen.
In ihrer Studie untersuchte das Forscherteam um Martijn Rep von der Universität Amsterdam die genetische Struktur mehrerer Arten und der Fusarium-Gattung, aus der viele wichtige Pflanzenschädlinge stammen. Die Forscher stellten fest, dass die Genome der untersuchten Pilze aus einem Kernbereich bestehen, der bei allen Fusarium-Pilzen recht ähnlich ist, sowie aus zusätzlichen artspezifischen Chromosomen, die einen großen Anteil repetitiver Sequenzen und mobiler Elemente enthalten. Dass diese besonderen Chromosomen und die auf ihnen kodierten Eigenschaften auch als Ganzes zwischen verschiedenen Pilzen übertragen werden können, zeigten die Forscher anhand von Genen, die dem Pilz erlauben, Tomatenpflanzen zu infizieren.
Etwas 20 Prozent der Gene auf den linienspezifischen Chromosomen konnten die Forscher anhand von Homologien zu bekannten Genen identifizieren, darunter viele Virulenzfaktoren und andere Produkte, die für die Pathogenität des Pilzes bedeutsam sind. Viele dieser Gene werden besonders in der Frühphase der Infektion exprimiert.
Um zu zeigen, dass diese Chromosomen tatsächlich übertragen werden, setzten sie eine tomatenpathogene F.-oxysporum-Linie zusammen mit drei anderen ohne diese Eigenschaft in eine Petrischale. Zusätzlich versahen sie das Chromosom 14 der Spenderlinie mit einem Resistenzgen gegen den Wirkstoff Zeocin, während die Empfängerlinien gegen Hygromycin immun waren. Sporen aus dieser Mischkultur wurden anschließend auf einem Nährboden herangezogen, der beide Wirkstoffe enthielt und so nur Pilze wachsen ließ, in denen die richtigen Elemente zweier Linien vereint waren.
In etwa einer bis hundert von zehn Millionen Sporen der zuvor nicht tomatenspezifischen Linien tauchte tatsächlich das neue Chromosom auf, und alle auf diese Weise gewonnenen Pilze mit dem zusätzlichen Protein hatten dadurch auch die Fähigkeit erworben, Tomatenpflanzen zu infizieren. Bemerkenswerterweise hatten die beiden aggressivsten so erhaltenen Linien noch ein weiteres Chromosom zusätzlich aufgenommen, ohne dass für dieses selektiert worden wäre. Die Forscher vermuten, dass es von den Eigenschaften der Chromosomen abhängt, welche von ihnen auf diese Weise transferiert werden.
Die Leichtigkeit, mit der dieser Vorgang im Labor beobachtet wurde, legt deutlich nahe, dass diese Pilze auch in der freien Wildbahn ganze Chromosomen austauschen und so neue, besser an den Wirt und lokale Gegebenheiten angepasste Pflanzenschädlinge erzeugen können. (lf)
In ihrer Studie untersuchte das Forscherteam um Martijn Rep von der Universität Amsterdam die genetische Struktur mehrerer Arten und der Fusarium-Gattung, aus der viele wichtige Pflanzenschädlinge stammen. Die Forscher stellten fest, dass die Genome der untersuchten Pilze aus einem Kernbereich bestehen, der bei allen Fusarium-Pilzen recht ähnlich ist, sowie aus zusätzlichen artspezifischen Chromosomen, die einen großen Anteil repetitiver Sequenzen und mobiler Elemente enthalten. Dass diese besonderen Chromosomen und die auf ihnen kodierten Eigenschaften auch als Ganzes zwischen verschiedenen Pilzen übertragen werden können, zeigten die Forscher anhand von Genen, die dem Pilz erlauben, Tomatenpflanzen zu infizieren.
Etwas 20 Prozent der Gene auf den linienspezifischen Chromosomen konnten die Forscher anhand von Homologien zu bekannten Genen identifizieren, darunter viele Virulenzfaktoren und andere Produkte, die für die Pathogenität des Pilzes bedeutsam sind. Viele dieser Gene werden besonders in der Frühphase der Infektion exprimiert.
Um zu zeigen, dass diese Chromosomen tatsächlich übertragen werden, setzten sie eine tomatenpathogene F.-oxysporum-Linie zusammen mit drei anderen ohne diese Eigenschaft in eine Petrischale. Zusätzlich versahen sie das Chromosom 14 der Spenderlinie mit einem Resistenzgen gegen den Wirkstoff Zeocin, während die Empfängerlinien gegen Hygromycin immun waren. Sporen aus dieser Mischkultur wurden anschließend auf einem Nährboden herangezogen, der beide Wirkstoffe enthielt und so nur Pilze wachsen ließ, in denen die richtigen Elemente zweier Linien vereint waren.
In etwa einer bis hundert von zehn Millionen Sporen der zuvor nicht tomatenspezifischen Linien tauchte tatsächlich das neue Chromosom auf, und alle auf diese Weise gewonnenen Pilze mit dem zusätzlichen Protein hatten dadurch auch die Fähigkeit erworben, Tomatenpflanzen zu infizieren. Bemerkenswerterweise hatten die beiden aggressivsten so erhaltenen Linien noch ein weiteres Chromosom zusätzlich aufgenommen, ohne dass für dieses selektiert worden wäre. Die Forscher vermuten, dass es von den Eigenschaften der Chromosomen abhängt, welche von ihnen auf diese Weise transferiert werden.
Die Leichtigkeit, mit der dieser Vorgang im Labor beobachtet wurde, legt deutlich nahe, dass diese Pilze auch in der freien Wildbahn ganze Chromosomen austauschen und so neue, besser an den Wirt und lokale Gegebenheiten angepasste Pflanzenschädlinge erzeugen können. (lf)
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