Schnelle Evolution von Signalnetzwerken im pathogenen Pilz Magnaporthe oryzae

JA 2632/3-1, TE 599/7-1

Die Frage, wie sich die bemerkenswert vielfältigen eukaryontischen Signalnetzwerke entwickelt haben, ist von enormer wissenschaftlicher Relevanz. Die evolutionäre Anpassung lebender Organismen wird gemeinhin als das Ergebnis von Prozessen angesehen, die über lange Zeiträume hinweg wirkten. Das vorgeschlagene Projekt basiert darauf, dass Mikroorganismen auch in der Lage sind, sich schnell an neue Umweltbedingungen anzupassen und stabile Phänotypen durch natürliche Selektion zu etablieren, selbst innerhalb weniger Generationen. Wir beobachteten in dem filamentösen Reisbrandpilz Magnaporthe oryzae ein Phänomen, dass in mehreren unabhängigen "loss of function" (lof)-Mutanten des High Osmolarity Glycerol (HOG)-Signalweges immer wieder zu beobachten ist. Die notwendige Signaltransduktion gegenüber Salzstress, die in den lof-Mutanten nicht mehr intakt ist, wird unter dauerexposition gegenüber Salzstress wieder hergestellt, wobei die Signaltransduktion möglicherweise neu verdrahtet wird. Die Adaptation führt dazu, dass unabhängige Individuen als stabile Mutanten aus osmosensitiven lof-Mutanten hergestellt werden und wieder eine intakte Osmoregulation haben. Interessanterweise wird bei Salzstress durch diese rasch "angepassten" Stämme Glycerin als Hauptosmolyt produziert während es in den Wildtyp-Stämmen Arabitol ist. Diese Ergebnisse führen zu der Hypothese, dass stabile Anpassungsereignisse unter ständigem evolutionären Druck der Umwelt es Magnaporthe oryzae ermöglichen, schnell ganze Signalnetze wiederherzustellen oder zu modifizieren. Um diese Hypothese zu adressieren, wollen wir die molekularen oder biochemischen Mechanismen dieser schnellen evolutionären Anpassung identifizieren und damit verbundene Faktoren und Signalwege charakterisieren, die eine Adaption ermöglichen oder verhindern. Beide Projektpartner werden synergistisch interagieren, um die Expertise theoretischer Ansätze zur Integration von Sequenzierdaten aus Genomik und Transkriptomik mit modernen quantitativen (Phospho)-Proteomik-Techniken zu verbinden. Darüber hinaus sollen die Kandidatengene oder auch andere Faktoren (z. B. Phosphorylierungsmuster), die vermeintlich eine schnelle evolutionäre Anpassung begünstigen oder einschränken, mit Hilfe der Molekulargenetik validiert werden. In dem vorgeschlagenen Projekt wird somit der Zusammenhang zwischen phänotypischer und genetischer Evolution in eukaryontischen Mikroorganismen genauer untersucht.