Projekt

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Mechanisms of pre- and postzygotic isolation in cryptic Epichloë species

Gesuchsteller/in Leuchtmann Adrian
Nummer 138479
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Integrative Biologie Departement Umweltwissenschaften ETHZ
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Experimentelle Mikrobiologie
Beginn/Ende 01.02.2012 - 30.04.2015
Bewilligter Betrag 214'002.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Experimentelle Mikrobiologie
Genetik

Keywords (4)

Evolutionsbiologie; Pilze; Artbildung; Endophyten

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Lay summary
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Die Entstehung von Arten ist ein grundlegender Prozess der Biologie, welcher Biodiversität erst möglich macht. Die Mechanismen der Artbildung können je nach Organismengruppe verschieden sein und sind noch nicht vollständig bekannt. Besonders bei Pilzen, die eine der artenreichsten Organismengruppe darstellen, sind sie wenig erforscht.

Das geplante Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Schlauchpilzgattung Epichloë, welche endophytisch auf Gräsern vorkommt und durch Bildung von Pilzfruchtkörper bei der sexuellen Fortpflanzung Blühen und Samenbildung der Wirtspflanze verhindert (Erstickungsschimmel). In der Gattung sind bisher 11 Arten beschrieben worden, die aber weitere, auf bestimmte Wirtspflanzen spezialisierte, kryptische Arten umfassen. Diese scheinen untereinander genetisch weitgehend isoliert zu sein, obwohl eine Auskreuzung grundsätzlich möglich wäre. In unserem Projekt möchten wir  das Zusammenwirken verschiedener Isolationsmechanismen untersuchen, die verantwortlich sind für Aufrechterhaltung bestehender Arten oder Bildung von neuen Arten.

Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten sollen zum vertieften Verständnis von Artbildungsprozessen bei Eukaryoten beitragen, könnten aber auch von Nutzen sein für angewandte Aspekte. Epichloë-Endophyten sind von ökonomischer Bedeutung für die Landwirtschaft und für Saatguthersteller. Dabei könnten Erkenntnisse aus der Evolutionsbiologie auch für biotechnologische Anwendungen von Nutzen sein.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 21.02.2013

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
The role of host-specificity in the reproductive isolation of Epichloë endophytes revealed by reciprocal infections
Schirrmann M.K. & Leuchtmann A. (2015), The role of host-specificity in the reproductive isolation of Epichloë endophytes revealed by reciprocal infections, in Fungal Ecology, 15, 29-38.
Genetic evidence for reproductive isolation among sympatric Epichloë endophytes as inferred from newly developed microsatellite markers
Schirrmann M.K. Zoller S. Fior S. & Leuchtmann A. (2014), Genetic evidence for reproductive isolation among sympatric Epichloë endophytes as inferred from newly developed microsatellite markers, in Microbial Ecology (online), 1-10.
Nomenclatural realignment of Neotyphodium species with genus Epichloë
Leuchtmann A. Bacon C. W. Schardl C. L. White J. F. Jr. and Tadych M. (2014), Nomenclatural realignment of Neotyphodium species with genus Epichloë, in Mycologia, 106(2), 202-215.
Evidence for reproductive isolation in Epichloë species: a case study
LEUCHTMANN A. & STEINEBRUNNER F. (2012), Evidence for reproductive isolation in Epichloë species: a case study, in YOUNG C. A. AIKEN G. E MCCULLEY R. L. STRICKLAND J. R. AND SCHARDL C. L. (ed.), The Samuel Roberts Noble Foundation, Ardmore Oklahoma, USA, 113-116.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Agroscope, Reckenholz (ART) Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
University of Kentucky Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
9th International Symposium on Fungal Endophytes of Grasses Vortrag im Rahmen einer Tagung Sexual Epichloë endophytes and mechanisms of cryptic speciation 28.09.2015 Melbourne, Australien Leuchtmann Adrian;
Biology13, Joint meeting of the Swiss Botanical, Systematic and Zoological Societies Poster Mechanisms of pre- and postzygotic isolation in cryptic Epichloë species 07.02.2013 Basel, Schweiz Schirrmann Melanie; Leuchtmann Adrian;
European Conference on Computational Biology (ECCB) 2012 Poster Fast and efficent development of microsatellite markers from draft denovo transcriptomes and genomes. 09.09.2012 Basel, Schweiz Schirrmann Melanie; Leuchtmann Adrian;


Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
169269 Molecular host adaptation of Epichloë endophytes 01.04.2017 Projektförderung (Abt. I-III)
117729 Significance of hybridization in asexual fungal endophytes of grasses 01.02.2008 Projektförderung (Abt. I-III)
117729 Significance of hybridization in asexual fungal endophytes of grasses 01.02.2008 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Speciation is one of the most fundamental processes in biology that leads to biological diversity. However, the mechanisms of speciation are variable in different organisms and still incompletely known. Particularly in members of Fungi, one of the most species rich kingdoms, they are largely unexplored. Species of genus Epichloë (Ascomycota, Clavicipitaceae) are wide-spread endophytes of pooid grasses. At sexual reproduction, they form external fruiting structures (stromata) that partially or completely inhibit host flowering and seed production (known as ‘choke disease’). Epichloë species have a bipolar self-incompatibility mating system requiring transfer of male gametes (spermatia) which is usually accomplished by specialized flies of the genus Botanophila in a process similar to pollination. The 11 species described so far are recognized mostly based on a biological species concept and on restricted distribution and host range. In addition to the formally described species, molecular phylogenetic evidence suggest that several cryptic species exist that may occur sympatrically on different host grasses. Epichloë endophytes with its sexual species complexes offer an ideal model system on which mechanisms of reproductive isolation, a prerequisite of speciation, can be studied. The planned research will investigate several potential pre- and post zygotic isolation mechanisms that may operate among members of a species complex including two interfertile morphological species (E. typhina and E. clarkii) and several host-associated cryptic species. With a series of experiments we hope to answer the following research questions:1) Are spermatia from different species recognized and/or competing among each other on the stroma before fertilization (assortive mating)?2) Do hybrids suffer from inviability or reduced compatibility with parental hosts (post zygotic isolation)? 3) Are host plants infected with hybrid strains less fit?Results of the study will deepen our understanding of the mechanisms of reproductive isolation in fungi, and eukaryote speciation in general. The proposed research is relevant also for applied aspects of endophyte research. Epichloë endophytes are of economic importance in agriculture and turf grass industry. Biotechnological exploitation and control of endophytes relies on basic knowledge including insights coming from evolutionary ecology studies.
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