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Ustilago bromivora – Brachypodium
a biotrophic fungal pathosystem showing multifactorial virulence
Jason Bosch
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Armin Djamei
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29131.85759.693352-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pflanzen und Pilze interagieren in der Natur sehr stark. Etwa 90% der Pflanzenarten bilden mutualistische Wechselwirkungen mit Mykorrhizapilzen und alle Pflanzen sind bekanntlich mit mindestens einem pathogenen Pilz infiziert. Aufgrund ihrer großen, negativen Auswirkungen auf die Landwirtschaft liegt ein besonderer Fokus in der Forschung auf dem Verständnis pflanzenpathogener Pilze. Um biotrophe Wechselwirkungen zu untersuchen, bei denen der Erreger einen lebenden Wirt benötigt, ist ein geeignetes Modellsystem Ustilago maydis infizierender Mais. Genmanipulation und Maiswachstum sind jedoch schwierig und erfordern viel Platz.
In dieser Arbeit wird das alternative Pathosystem von Ustilago bromivora beschrieben, das das Modell Gras Brachypodium distachyon infiziert. Ich analysiere und vergleiche das U. bromivora-Genom mit fünf anderen Smut-Pilzen, darunter die Vorhersage orthologer Gene, der Aufbau einer hochvertrauenswürdigen Phylogenie, die Vorhersage sekretierter Proteine und der Nachweis von Signalen positiver Selektion.
Ich erweitere die Möglichkeiten des U. bromivora – B. distachyon Pathosystems durch die Verwendung eines Hybridpilzes, der durch die Paarung von U. bromivora und U. hordei gewonnen wird. Dieses Hybridsystem wird verwendet, um die Faktoren zu untersuchen, die der Wirtsspezifität von U. bromivora zugrunde liegen, und zeigt, dass die Virulenz auf Brachypodium ein quantitatives Merkmal ist, wobei drei Loci den größten Effekt haben. Darüber hinaus wird kein genomischer Locus als wesentlich für eine Infektion identifiziert, was darauf hindeutet, dass mehrere verschiedene Kombinationen von Virulenzfaktoren die Wirtsabwehr überwinden und zur Etablierung der Biotrophie beitragen können.
Zusammenfassend wird das neue U. bromivora – B. distachyon Pathosystem beschrieben und bietet neue Möglichkeiten für die Erforschung biotroper Krankheitserreger mit einem leicht zu handhabenden Wirt. Der Vergleich mit anderen Schmutzpilzen ermöglicht eine schnelle Übertragung des vorhandenen Wissens auf das neue System und die Möglichkeit eines Hybridpilzes schafft ein Werkzeug, mit dem Fragen anders beantwortet werden können als mit herkömmlichen Ansätzen.
Abstract
(Englisch)
Plants and fungi interact widely in nature. Approximately 90% of plant species form mutualistic interactions with mycorrhizal fungi and all plants are known to be infected by at least one pathogenic fungus. Due to their large, negative effect on agriculture special focus in research is put on understanding plant pathogenic fungi. In order to study biotrophic interactions, where the pathogen requires a living host, one suitable model system is Ustilago maydis infecting maize. However genetic manipulation and growth of maize is both difficult and requires extensive space.
In this thesis, the alternative pathosystem of Ustilago bromivora infecting the model grass Brachypodium distachyon is described. I analyse and compare the U. bromivora genome with five other smut fungi, including prediction of orthologous genes, the construction of a high-confidence phylogeny, prediction of secreted proteins and detection of signals of positive selection.
I further extend the possibilities of the U. bromivora – B. distachyon pathosystem through the use of a hybrid fungus obtained by mating U. bromivora and U. hordei. This hybrid system is used to investigate the factors underlying host specificity of U. bromivora and reveals that virulence on Brachypodium is a quantitative trait with three loci contributing the greatest effect. In addition, no genomic locus is identified as essential for infection, suggesting that multiple different combinations of virulence factors can overcome host defence and contribute to establishment of biotrophy.
In summary, the new U. bromivora – B. distachyon pathosystem is described and provides new opportunities for research on biotrophic pathogens with an easily-manipulated host. The comparison with other smut fungi allows rapid transfer of existing knowledge to the new system and the possibility of a hybrid fungus creates a tool which can be used to answer questions in a different way to traditional approaches.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Ustilago bromivora Ustilago hordei plant pathogens hybridisation genetics microbiology fungal pathogens
Schlagwörter
(Deutsch)
Ustilago bromivora Ustilago hordei Pflanzenpathogene Hybridisierung Genetik Mikrobiologie pilzliche Krankheitserreger
Autor*innen
Jason Bosch
Haupttitel (Englisch)
Ustilago bromivora – Brachypodium
Hauptuntertitel (Englisch)
a biotrophic fungal pathosystem showing multifactorial virulence
Paralleltitel (Deutsch)
Ustilago bromivora - Brachypodium : ein biotrophes Pilz-Pathosystem mit multifaktorieller Virulenz
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
165 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Christian Lexer ,
Marco Thines
AC Nummer
AC15413422
Utheses ID
51286
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |