Kreuzungstyp-Gene, Pheromone und Regulatoren der sexuellen Entwicklung

Bei Pilzen findet die sexuelle Fortpflanzung zwischen Partnern statt, die morphologisch nicht zu unterscheiden und nicht in männlich und weiblich differenziert sind. Kompatible Partner unterscheiden sich nur in ihrem Kreuzungstyp (MAT), und die sexuelle Fortpflanzung wird von Genen gesteuert, die im Kreuzungstyp-Locus liegen. Kreuzungstyp-Gene codieren Transkriptionsfaktoren, die als Hauptregulatoren der Befruchtung und der sexuellen Entwicklung wirken und häufig die Gene für Pheromone und Pheromonrezeptoren steuern.
S. macrospora ist selbstfertil und benötigt keinen Kreuzungspartner. Wir haben seinen Kreuzungstyp-Locus mit dem des heterothallischen Verwandten Neurospora crassa verglichen und gezeigt, dass seine Kreuzungstyp-Gene in einem heterothallischen Ascomyceten funktionsfähig sind. Die Kreuzungstyp-Proteine von S. macrospora interagieren miteinander, und die Genexpression in diesem homothallischen Pilz hängt von den Kreuzungstyp-Genen ab. Eine funktionelle Analyse der MAT1-1-spezifischen Gene zeigte, welche dieser Regulatoren für die sexuelle Entwicklung essenziell sind und welche nicht.
Obwohl S. macrospora selbstfertil ist, exprimiert der Pilz zwei Pheromonvorläufer-Gene sowie Pheromonrezeptor-Gene. Pheromone und ihre Rezeptoren sind für eine normale sexuelle Entwicklung erforderlich; ein a-Faktor-ähnliches Peptidpheromon und seine Interaktion mit dem zugehörigen Rezeptor wurden in Hefe charakterisiert. Weiter stromabwärts interagiert das MADS-Box-Protein MCM1 mit einem Kreuzungstyp-Protein und wird für die Fruchtkörperentwicklung benötigt; das STE12-Homolog interagiert mit MCM1 und ist für die Ascosporenbildung erforderlich; und das STE12-interagierende Protein SIP2 ist an der Ascosporenkeimung beteiligt.
Die Kenntnis der Kreuzungstyp-Gene deckt auch verborgene Sexualität bei Pilzen auf, die als asexuell galten. Wir fanden genomische Hinweise auf eine Paarungsfähigkeit des Krankheitserregers Aspergillus fumigatus und untersuchten gemeinsam mit Kooperationspartnern Kreuzungstyp-Gene in den Antibiotikaproduzenten Penicillium chrysogenum und Acremonium chrysogenum. Auf dieser Grundlage wurde im Penicillinproduzenten P. chrysogenum ein sexueller Zyklus induziert und für die Stammentwicklung genutzt; dabei entstanden Nachkommen mit neuen Kombinationen von Eigenschaften, die für die Penicillinproduktion relevant sind.
Dieses Thema ist direkt mit unserer aktuellen Arbeit verbunden. Der Pheromon-Antwort-MAP-Kinase-Signalweg ist über die Proteine DOC1 und DOC2 mit dem STRIPAK-Komplex verknüpft, und die Kreuzungstyp-Loci sind der Ausgangspunkt unseres Projekts zur Genomevolution homothallischer und heterothallischer Sordaria-Arten.