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Molecular host adaptation of Epichloë endophytes

Titel Englisch Molecular host adaptation of Epichloë endophytes
Gesuchsteller/in Leuchtmann Adrian
Nummer 169269
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Integrative Biologie Departement Umweltwissenschaften ETHZ
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Experimentelle Mikrobiologie
Beginn/Ende 01.04.2017 - 31.03.2020
Bewilligter Betrag 429'000.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Experimentelle Mikrobiologie
Genetik

Keywords (5)

fungal endophytes; adaptation; host specificity; genomics; symbiosis

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Anpassungen von Epichloë Endophyten an ihre Wirtspflanzen auf molekularer Ebene
Lay summary

Wirtsspezifität ist ein wichtiges Konzept, das jeder Beziehung zwischen Mikroorganismen und ihren Wirten zugrunde liegt. Dies ist von besonderer Relevanz bei Krankheitserregern des Menschen oder bei landwirtschaftlich bedeutenden Pathogenen von Pflanzen und Tieren.

Ein spannendes Modell, um Wirtsspezifität mit den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu studieren, sind die sexuellen Arten der Ascomycetengattung Epichloë. Diese endophytischen Pilze befallen zahlreiche Gräser, einschliesslich agronomisch wichtiger Wiesengräser. Sie wachsen zu Beginn symptomlos in den Pflanzengeweben, werden aber bei der geschlechtlichen Fortpflanzung zu Pathogenen, wenn der Pilz sichtbare Fruchtkörper auf den Grasblüten bildet und diese erstickt. Wechselwirkungen zwischen Pilz und Wirt sind somit in verschiedenen Stadien des Lebenszyklus möglich, bei der Keimung und Infektion der Sporen, beim endophytischen Wachstum und bei der krankheitinduzierenden Fortpflanzung.

In Rahmen des geplanten Forschungsprojekts sollen die molekulare Grundlangen untersucht werden, welche für die Anpassung von verschiedenen Arten oder an ihrer Wirtsgräser verantwortlich sind. Insbesondere möchten wir Gene finden, welche diese spezifischen Anpassungen kontrollieren. Ein viel versprechender Ansatz ist die Suche nach Genen, welche bei sympatrischen Populationen unter Selektion stehen. Bei ausgewählte Kandidatengenen soll dann untersucht werden, wann diese im Lebenszyklus des Pilzes exprimiert werden. Anschliessend soll bei experimentell erzeugten Mutanten, bei denen dieses Gen fehlt, geprüft werden, ob Infektionen noch möglich sind (funktonale Validierung).

Resultate des Forschungsprojekts sollen Einsicht in die genetischen Grundlagen der Wirtsspezifität gewähren und helfen Artbildungsprozesse bei  Pilzen zu verstehen. Weil Epichloë Endophyten auch wirtschaftliche Bedeutung für die Landwirtschaft und Saatgutindustrie haben, könnte dieses Wissen für potentielle Anwendungen hilfreich sein.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 02.12.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
138479 Mechanisms of pre- and postzygotic isolation in cryptic Epichloë species 01.02.2012 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Host specificity is an important concept that underlies every association between microbes and their hosts. It is particularly relevant in agriculturally important pathogens of plants and animals or for evaluating spread of infectious diseases in humans, but is also fundamental for understanding coevolutionary processes that shape the complex interactions between hosts and microbes.An intriguing fungal system to study host specificity and its underlying molecular mechanisms are the sexual species of genus Epichloë (Ascomycota, Clavicipitaceae). These systemic endophytes infect Poaceae (including agronomically important pasture grasses) with often co-occurring, strictly host specific strains. They are symptomless in vegetative tissues of the host, but become pathogenic by forming external fruiting structures that enable out-crossing and spore formation for contagious spread at sexual reproduction. Thus, host-specific interactions may occur at different stages of the life cycle including spore germination and infection, biotrophic growth within above-ground plant parts and pathogenic reproduction. The planned research will investigate the molecular genetic basis of host adaptation in Epichloë species or strains infecting different grass hosts. Particularly, we are interested in finding endophyte genes that are responsible for the observed host specificity and for establishing systemic infections. A premise on which this proposal is based on is that genes under selection are likely involved in coevolutionary processes, which may lead to host specialization. Several candidate genes have been previously identified, which will be further explored on a genus-wide level. The specific research questions are:1) Which genes of host specific strains or species are putatively implicated in host adaptation? Are they the same in different endophyte species and how are they related?2) At what stage of the fungal life cycle are candidate genes expressed?3) Can strains deficient of candidate gene no longer establish systemic infections (functional validation)?Results of the proposed research will provide insight into the genetics determining host specificity and contribute to a better understanding of speciation processes in fungi. Epichloë endophytes are of economic importance in agriculture and turf grass industry and knowledge of genetic factors controlling symbiosis will increase their potential for application.
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