Epigenetics of the plant pathogen Zymoseptoria tritici

The genome of the fungal wheat pathogen Zymoseptoria tritici consists of thirteen essential chromosomes and several so-called dispensable chromosomes. These dispensable chromosomes encode only 6% of the protein coding genes of Z. tritici. To date no genes involved in pathogenicity are described on t...

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Main Author: Schotanus, Klaas
Contributors: Stukenbrock, Eva H. (Prof.Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2014
Biologie
Subjects:
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Table of Contents: Das Genom des hemibiotrophen weizenpathogenen Pilzes Zymoseptoria tritici besteht aus dreizehn essentiellen und mehreren sogenannten akzessorischen Chromosomen. Diese akzessorischen Chromosomen kodieren lediglich für 6% der Gene von Z. tritici und können nach einer Meiose oder einer Mitose ohne einen Einfluss auf Wachstum, Paarung und Pathogenität verloren gehen. Zur Untersuchung der molekularen Instabilität der akzessorischen Chromosomen, wurden in dieser Arbeit die epigenetischen Komponenten der essentiellen und akzessorischen Chromosomen charakterisiert. Eine Immunopräzipitation des Chromatins sowie eine Sequenzierung der DNA, welche mit den Zentromer spezifischen Histonen (CenH3) assoziiert ist, wurden durchgeführt um die Zentromere in Z. tritici zu identifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Zentromere von Z. tritici vergleichsweise klein und sequenzunabhängig sind sowie keine konservierten Motive beinhalten. Sie sind AT-reich aber befinden sich dennoch nicht in den AT-reichsten Regionen der Chromosomen und es konnte kein Unterschied zwischen den Zentromeren der essentiellen und akzessorischen Chromosomen festgestellt werden. Um die Dynamik der Zentromere zu untersuchen, wurden Nachkommen einer meiotischen Kreuzung sowie die parentalen Stämme benutzt, wobei gezeigt werden konnte, dass die Zentromere in allen verwendeten Z. tritici Stämmen konserviert sind. Eine Zentromer-Deletion des akzessorischen Chromosoms 14 resultierte in mehreren Stämmen, die dieses Chromosom verloren haben während ein einzelner Stamm identifiziert wurde, der ein Neozentromer gebildet hat. Des Weiteren wurde der Chromatingehalt von beiden Chromosomentypen untersucht. Dazu wurden drei für Euchromatin oder Heterochromatin spezifische Histon-Modifikationen charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die essentiellen Chromosomen mit Euchromatin angereichert sind, während die akzessorischen Chromosomen überwiegend heterochromatisch sind. Auf den essentiellen Chromosomen gibt es aber auch repetitive Regionen mit geringer Gendichte, die reich an Heterochromatin sind. Eine besonders große 780 kbp Region auf Chromosom 7 ist reich an fakultativem Heterochromatin. Gene in dieser Region sind sowohl in axenischer Kultur als auch während der Infektion der Wirtspflanze stillgelegt. Auf diesen Ergebnissen basierend kann festgestellt werden, dass der Unterschied zwischen essentiellen und akzessorischen Chromosomen nicht mit den Zentromeren in Verbindung steht. Die beiden Chromosomentypen unterscheiden sich aber stark in ihrem Chromatingehalt. Der Einfluss der Epigenetik auf den Übergang des Pilzes von der biotrophen zur nekrotrophen Phase während der Pflanzeninfektion wurde ebenfalls untersucht. Der Fokus lag dabei auf der RNA Interferenz (RNAi). Fünf verschiedene Proteine des RNAi Systems wurden deletiert und es konnte gezeigt werden, dass sowohl das Dicer als auch die Argonaut-Gene in der Produktion der asexuellen Fruchtkörper (Pyknidien) involviert sind. Im Gegensatz zu dem Dicer kodierenden Gen, zeigen die Argonaut-Gene eine ungewöhnlich hohe Sequenz Variation innerhalb der verwendeten Z. tritici Stämme. Die hier präsentierte Arbeit unterstreicht damit die Relevanz der Epigenetik bei der Genom-Stabilität als auch der Pathogenität von Z. tritici.