Der Einfluss sexueller Reproduktion und Virulenz auf die Evolution
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Inhaltsverzeichnis Abkürzungen__________________________________________________________ 6 1. Einführung__________________________________________________________7 1.1 Brandpilze_ ____________________________________________________________7 1.1.1 Ustilaginales - Ustilaginaceae_ ____________________________________________ 9 1.2 Sexuelle Fortpflanzung in Pilzen_ __________________________________________10 1.2.1 Homothallie und Heterothallie_ ___________________________________________ 11 1.2.2 Bipolarität und Tetrapolarität_____________________________________________ 12 1.2.3 Pheromon-Rezeptor und Homeodomänen-Transkriptionsfaktor System________________ 13 1.2.4 Hybridisierung_______________________________________________________ 13 1.3 Pathogen-Wirt Interaktionen pflanzenbiotropher Mikroorganismen__________________ 14 1.3.1 Pflanzenabwehr - PTI und ETI_ ___________________________________________ 14 1.3.2 Effektoren - Aufbau und Evolution_ ________________________________________ 15 1.4 Ustilaginaceae und der Modellorganismus Ustilago maydis_________________________ 16 1.4.1 Paarungsbiologie von Ustilago maydis_ _____________________________________ 17 1.4.2 Das Ustilago maydis-Zea mays Parasit-Wirt Modell_ ____________________________18 2. Fragestellung_____________________________________________________ 22 3. Ergebnisse_ ________________________________________________________ 24 3.1 Interspezifischer Sex in Grasbränden und die genetische Diversität ihres Pheromon-Rezeptor Systems. Kellner R., Vollmeister E., Feldbrügge M., Begerow D. (2011 akzeptiert mit kleinen Änderungen bei plos Genetics)_ ______________________________________________ 24 3.1.1 Phylogenie der Ustilaginales_____________________________________________ 24 3.1.2 Diversität des Pheromon-Rezeptor Systems der Ustilaginales_ ______________________25 3.1.3 Organisation und genetische Diversität von a Locus Genen der Ustilaginales_ ____________ 31 3.1.4 Homologe Gene von lga2 und rga2 in Ustilaginaceae____________________________ 34 3.1.5 Interspezifische Kompatibilität in Ustilaginaceae________________________________ 36 3.2 Die innerartliche genetische Diversität von Virulenzfaktoren des phytopathogenen Brandpilzes Ustilago maydis. Kellner R., Hanschke C., Begerow D. (in Vorbereitung)_ _______ 41 3.2.1 Variabilität der Virulenz von U. maydis in Abhängigkeit der Wirtsvarietät von Zea mays_____ 41 3.2.2 Genetische Diversität von Virulenzfaktoren im Vergleich mit Haushalts- und flankierenden Genen_ ______________________________________________________________ 43 3.2.3 Diversitätsmuster zwischen und innerhalb der Virulenzcluster 19A und 2A_ _____________47 4. Diskussion_ _________________________________________________________ 51 4.1 Präzygotische Faktoren der Artdifferenzierung in den Ustilaginaceae_________________ 51 4.1.1 Genetische Diversität und Evolution des Pheromon-Rezeptor Locus in Ustilaginaceae_______52 4.1.2 Lga2-und Rga2-abhängige Vererbung der Mitochondrien__________________________54 4.1.3 Hybridisierung in Ustilaginaceae___________________________________________56 4.2 Postzygotische Faktoren der Artdifferenzierung am Beispiel von Ustilago maydis_ _______57 4.2.1 Variabilität der Virulenz von U. maydis in Abhängigkeit der Wirtsvarietät_ ____________ 58 4.2.2 Genetische Diversität von Virulenzfaktoren im Vergleich zu Virulenz-unabhängigen Genen___59 4.2.3 Die Rolle einzelner Virulenzgene in der U. maydis - Z. mays Interaktion_______________ 60 4.3 Speziation in Ustilaginaceae_ ______________________________________________ 61 5. Material und Methoden_ __________________________________________ 62 5.1 Material und Bezugsquellen_ _____________________________________________ 62 5.1.1 Medien, Lösungen, Enzyme, Kits und Geräte__________________________________ 62 5.1.2 Oligonukleotide_ ____________________________________________________ 63 5.1.3 Stämme, genomische DNA-Isolationen und Herbarbelege_________________________ 63 5.1.4 Plasmide und Plasmidkonstruktionen_ _____________________________________ 64 5.1.5 Verwendete Maisrassen________________________________________________ 64 5.2 Mikrobiologische, zellbiologische und genetische Methoden_______________________ 64 5.2.1 Arbeiten mit Escherichia coli_ ___________________________________________ 64 5.2.2 Arbeiten mit Ustilago maydis_ ___________________________________________65 5.2.3 Arbeiten mit Pilzkulturen der Ustilaginales___________________________________ 66 5.2.4 Anzucht und Infektion von Zea mays_ ______________________________________67 5.2.5 Mikroskopie und Bildverarbeitung_ ________________________________________67 5.2.6 Rasterelektronenmikroskopie_____________________________________________67 5.2.7 Fluoreszenzmessungen von Pheromon-induziertem Gfp___________________________67 5.3 Molekularbiologische Standardmethoden_ ___________________________________ 68 5.3.1 Handhabung von Nukleinsäuren__________________________________________ 68 5.3.2 Isolation von Nukleinsäuren_ ___________________________________________ 69 5.3.3 Genome walk Strategie_ _______________________________________________ 70 5.3.4 PCR-Techniken_ ____________________________________________________ 70 5.3.5 Sequenzierung und Bearbeitung von Sequenzen_ _______________________________ 71 5.4 phylogenetische Methoden und Sequenzanalysen_ _______________________________72 5.4.1 Sequenzanalysen_ ____________________________________________________72 5.4.2 Alignments und Evolutionsmodelle_________________________________________72 5.4.3 Erstellen von Phylogenien_ ______________________________________________72 6. Zusammenfassung_ _________________________________________________74 7. Summary_____________________________________________________________76 8. Literatur_ __________________________________________________________78 9. Curriculum vitae_ _________________________________________________ 89 10. Tabellen_ __________________________________________________________ 91 11. Erklärung_________________________________________________________108
