Die Rolle von Rekombination in der schnellen adaptiven Evolution von pflanzenpathogenen Pilzen: Eine vergleichende Studie in Populationsgenomik
HO 4435/1-2
Antagonistische Koevolution zwischen Pathogenen und ihren Wirten kann sehr schnelle adaptive Veränderungen in beiden Partnern hervorrufen. In diesem Projekt wollen wir die grundlegenden Mechanismen der schnellen Adaptation in zwei nah verwandten Arten von pflanzenpathogenen Pilzen, Zymoseptoria tritici (ein Pathogen des kultivierten Weizens) und Z. ardabiliae (ein Pathogen von wilden Gräsern), verstehen. Die beiden Arten unterscheiden sich nicht nur in ihren Wirten und ihrer Umwelt (Agrar- versus Grasland-Ökosysteme) sondern auch in ihrer effektiven Populationsgröße. Wie bereits von uns gezeigt, ist dabei die effektive Populationsgröße in Z. tritici signifikant höher trotz der starken gerichteten Selektion, unter der dieses Pathogen in Weizenfeldern steht. Darüber hinaus konnten wir in unseren Analysen einen großen Einfluss der natürlichen Selektion auf die Genomevolution on Z. tritici nachweisen. Eine hohe Effektivität der Selektion könnte dabei durch Rekombination vermittelt werden. In diesem Projekt wollen wir die Rolle der Rekombination in der schnellen Adaptation von Z.tritici und Z. ardabiliae untersuchen. Hierbei können wir durch das Vergleichen von Mustern in der Genomevolution zwischen den beiden Arten aus gegensätzlichen Umweltbedingungen, den Einfluss der Beschränkungen aufgrund der Ökologie auf die Evolution von Pathogenen ableiten. Mittels Populationsgenomik werden wir die genomweite Rekombinationsrate in den beiden Arten bestimmen. Unsere vorläufigen Analysen zeigten einen starker Einfluss der Rekombination sowie Rekombinations-Hot-Spots auf kodierende Sequenzen in den beiden Arten. Wir werden die von einer hohen Rekombinationsrate in Hot-Spots betroffenen Gene identifizieren und die Rolle der hohen Rekombinationsrate in der schnellen Adaptation evaluieren. Darüber hinaus werden wir Signaturen positiver Selektion in den Genomen von Z. tritici und Z.ardabiliae mittels Composite Liklelihood Ratio (CLR) Statistik identifizieren. Hierdurch werden wir die genomweite Verteilung der selektiven Sweeps in den beiden Arten herleiten und diese Information mit der Rekombinationskarte korrelieren, um die Bedeutung der Rekombination in adaptiven Evolution besser beschreiben zu können. Abschließend werden wir funktionale Analysen von Kandidatengenen, welche Signaturen einer rezenten positiven Selektion aufweisen, durchführen. Diese Gene werden mittels unserer Analysen zur Variation der Rekombinationsrate und der selektiven Sweeps identifiziert. Zusammenfassend wird dieses Projekt neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der schnellen adaptiven Evolution von Pflanzenpathogenen liefern, mit besonderem Fokus auf die Rolle der Variation der Rekombinationsrate. Wir werden abschließend Gene mit rezenter, schneller, adaptiver Evolution identifizieren, sowie deren Rolle beschreiben.
Publikationen
- Alice Feurtey, Cecile Lorrain, Daniel Croll, Christoph Eschenbrenner, Michael Freitag, Michael Habig, Janine Haueisen, Mareike Moller, Klaas Schotanus, Eva Holtgrewe Stukenbrock (2020) Genome compartmentalization predates species divergence in the plant pathogen genus Zymoseptoria. BMC Genomics 21, 588. DOI: 10.1186/s12864-020-06871-w
- Potgieter Lizel, Feurtey Alice, Dutheil Julien Y., Stukenbrock Eva H. (2020) On Variant Discovery in Genomes of Fungal Plant Pathogens. Frontiers in Microbiology 11, 626. DOI: 10.3389/fmicb.2020.00626
- Christoph J. Eschenbrenner, Alice Feurtey, and Eva H. Stukenbrock (2020) Population Genomics of Fungal Plant Pathogens and the Analyses of Rapidly Evolving Genome Compartments. Methods in Molecular Biology - Statistical Population Genomics. DOI: 10.1007/978-1-0716-0199-0
- Sophie de Vries, Eva H. Stukenbrock and Laura E. Rose (2020) Rapid evolution in plant‐microbe interactions ‐ an evolutionary genomics perspective. New Phytologist. DOI: 10.1111/nph.16458
- Feurtey, A., D. Stevens, W. Stephan, and E. H. Stukenbrock (2019) Interspecific gene exchange introduces high genetic variability in crop pathogen. Genome Biol. Evol. 11: 3095-3105. DOI: 10.1093/gbe/evz224
- Grandaubert, J., Dutheil, J.Y. and Stukenbrock, E.H. (2019) The genomic determinants of adaptive evolution in a fungal pathogen. Evolution Letters. DOI: 10.1002/evl3.117
- Alice Feurtey and Eva H. Stukenbrock (2018) Interspecific Gene Exchange as a Driver of Adaptive Evolution in Fungi. Annual Review of Microbiology, 72:1, 377-398. DOI: 10.1146/annurev-micro-090817-062753
- Stukenbrock, E.H. and Dutheil, J.Y. (2018) Fine-Scale Recombination Maps of Fungal Plant Pathogens Reveal Dynamic Recombination Landscapes and Intragenic Hotspots. Genetics, 208(3):1209-1229. DOI: