title: Epigenetik des Pflanzenpathogens Zymoseptoria tritici
title: Epigenetics of the plant pathogen Zymoseptoria tritici
Creators: name: Schotanus, Klaas
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Life sciences
Centromer
Centromere
Epigenetik
Chromosome
Epigenetics
Phytopathogen
Small RNA
Chromosom

description: The genome of the fungal wheat
      pathogen Zymoseptoria tritici consists of thirteen essential
      chromosomes and several so-called dispensable chromosomes.
      These dispensable chromosomes encode only 6% of the protein
      coding genes of Z. tritici. To date no genes involved in
      pathogenicity are described on the dispensable chromosomes
      which can be lost after meiosis or mitotic cell division
      without any apparent effect on fitness. To investigate the
      underlying molecular basis of instability of the dispensable
      chromosomes, the epigenetic components of both the essential
      and dispensable chromosomes were characterized here.
      Chromatin immunoprecipitation and sequencing of DNA
      associated with the centromere specific histone (CenH3) was
      conducted to identify the centromeres of Z. tritici. It was
      shown that the centromeres of Z. tritici are small, sequence
      independent and lack any conserved motif. The centromeres are
      AT-rich, but not located in the most abundant AT-rich region
      of the chromosomes, and the centromeric organization is
      similar for both essential and dispensable chromosomes. To
      study centromere dynamic, parental and progeny strains
      derived from a meiotic cross were included in the study. The
      centromeres of these strains were shown to be conserved among
      Z. tritici strains. The deletion of the centromere of the
      dispensable chromosome 14 resulted in several strains were
      chromosome 14 was completely lost, while only a single strain
      was identified with a neocentromere on chromosome 14. The
      chromatin content of both types of chromosomes was also
      investigated. Three histone modifications specific for either
      euchromatin or heterochromatin were characterized. The
      essential chromosomes are enriched with euchromatin while the
      dispensable chromosomes are mainly heterochromatic. Several
      repeat rich regions with low gene density were also enriched
      with heterochromatin on the essential chromosomes. One
      particularly large region of 780 kb of the essential
      chromosome 7 was in addition found to be enriched with
      facultative heterochromatin. Genes in this region are
      silenced both during axenic and infectious growth. Based on
      the obtained results, it can be concluded that the difference
      between the essential and dispensable chromosomes cannot be
      associated with the centromeres. However, differences in the
      chromatin states is a main difference between the two types
      of chromosomes. To investigate the hemibiotrophic lifestyle
      switch in Z. tritici the epigenetic component of infectious
      growth was studied with a focus on RNA interference (RNAi).
      Five mutant strains of several proteins involved in the RNAi
      pathway were created. It could be demonstrated that Dicer and
      Argonaute genes play a role during the formation of asexual
      fruiting bodies called pycnidia. In contrast to the Dicer
      gene, the Argonaute genes show an unusual degree of sequence
      variation among Z. tritici strains. Collectively, the work
      presented here underlines the importance of epigenetics in
      both genome stability as well as pathogenicity in the fungal
      pathogen Z. tritici.
description: Das Genom des hemibiotrophen
      weizenpathogenen Pilzes Zymoseptoria tritici besteht aus
      dreizehn essentiellen und mehreren sogenannten akzessorischen
      Chromosomen. Diese akzessorischen Chromosomen kodieren
      lediglich für 6% der Gene von Z. tritici und können nach
      einer Meiose oder einer Mitose ohne einen Einfluss auf
      Wachstum, Paarung und Pathogenität verloren gehen. Zur
      Untersuchung der molekularen Instabilität der akzessorischen
      Chromosomen, wurden in dieser Arbeit die epigenetischen
      Komponenten der essentiellen und akzessorischen Chromosomen
      charakterisiert. Eine Immunopräzipitation des Chromatins
      sowie eine Sequenzierung der DNA, welche mit den Zentromer
      spezifischen Histonen (CenH3) assoziiert ist, wurden
      durchgeführt um die Zentromere in Z. tritici zu
      identifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Zentromere
      von Z. tritici vergleichsweise klein und sequenzunabhängig
      sind sowie keine konservierten Motive beinhalten. Sie sind
      AT-reich aber befinden sich dennoch nicht in den AT-reichsten
      Regionen der Chromosomen und es konnte kein Unterschied
      zwischen den Zentromeren der essentiellen und akzessorischen
      Chromosomen festgestellt werden. Um die Dynamik der
      Zentromere zu untersuchen, wurden Nachkommen einer
      meiotischen Kreuzung sowie die parentalen Stämme benutzt,
      wobei gezeigt werden konnte, dass die Zentromere in allen
      verwendeten Z. tritici Stämmen konserviert sind. Eine
      Zentromer-Deletion des akzessorischen Chromosoms 14
      resultierte in mehreren Stämmen, die dieses Chromosom
      verloren haben während ein einzelner Stamm identifiziert
      wurde, der ein Neozentromer gebildet hat. Des Weiteren wurde
      der Chromatingehalt von beiden Chromosomentypen untersucht.
      Dazu wurden drei für Euchromatin oder Heterochromatin
      spezifische Histon-Modifikationen charakterisiert. Es wurde
      gezeigt, dass die essentiellen Chromosomen mit Euchromatin
      angereichert sind, während die akzessorischen Chromosomen
      überwiegend heterochromatisch sind. Auf den essentiellen
      Chromosomen gibt es aber auch repetitive Regionen mit
      geringer Gendichte, die reich an Heterochromatin sind. Eine
      besonders große 780 kbp Region auf Chromosom 7 ist reich an
      fakultativem Heterochromatin. Gene in dieser Region sind
      sowohl in axenischer Kultur als auch während der Infektion
      der Wirtspflanze stillgelegt. Auf diesen Ergebnissen
      basierend kann festgestellt werden, dass der Unterschied
      zwischen essentiellen und akzessorischen Chromosomen nicht
      mit den Zentromeren in Verbindung steht. Die beiden
      Chromosomentypen unterscheiden sich aber stark in ihrem
      Chromatingehalt. Der Einfluss der Epigenetik auf den Übergang
      des Pilzes von der biotrophen zur nekrotrophen Phase während
      der Pflanzeninfektion wurde ebenfalls untersucht. Der Fokus
      lag dabei auf der RNA Interferenz (RNAi). Fünf verschiedene
      Proteine des RNAi Systems wurden deletiert und es konnte
      gezeigt werden, dass sowohl das Dicer als auch die
      Argonaut-Gene in der Produktion der asexuellen Fruchtkörper
      (Pyknidien) involviert sind. Im Gegensatz zu dem Dicer
      kodierenden Gen, zeigen die Argonaut-Gene eine ungewöhnlich
      hohe Sequenz Variation innerhalb der verwendeten Z. tritici
      Stämme. Die hier präsentierte Arbeit unterstreicht damit die
      Relevanz der Epigenetik bei der Genom-Stabilität als auch der
      Pathogenität von Z. tritici.