title: Genomics and Transcriptomics of the sebacinoid fungi Piriformospora indica and Sebacina vermifera
title: Genom und Transkriptomanalysen der sebacinoiden Pilze Piriformospora indica and Sebacina vermifera
Creators: name: Lahrmann, Urs
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Bioinformatik
Transcriptomics
Genom
Hordeum vulgare
Arabidopsis thaliana
Genomics
Transkriptom
Piriformospora indica
Sebacina vermifera
Biowissenschaften, Biologie
Microarray

description: Der Wurzelendophyt Piriformospora
      indica und der Orchideen-Mykorrhiza Pilz Sebacina vermifera
      (Sebacinales, Basidiomycota) sind in der Lage eine
      mutualistische Symbiose mit Pflanzen zu etablieren. Beide
      Pilze kolonisieren dabei die Wurzelrinde einer Vielzahl von
      Gefäßpflanzen, einschließlich der monokotyledonen Gerste
      (Hordeum vulgare) und des dikotyledonen Ackerschmalwands
      (Arabidopsis thaliana). Die Besiedelung der Wirtspflanze
      durch die Pilze führt zu einer Wachstumsförderung, sowie
      einer erhöhten Resistenz gegen abiotische und biotische
      Stressfaktoren. Während der Entwicklung der Pilze innerhalb
      der Wurzel sind diese sowohl in toten Zellen der Wurzelrinde,
      als auch in einer biotrophen Interaktion mit lebenden
      Pflanzenzellen zu finden. Diese Eigenschaften zusammen mit
      der Möglichkeit, die Pilze auf synthetischen Medien zu
      kultivieren, offenbaren eine umfangreiche phänotypische
      Flexibilität, welche sich auch in ihrem Erbgut widerspiegeln.
      In dieser Arbeit wurden die Genome von Piriformospora indica
      und Sebacina vermifera charakterisiert. Es konnte gezeigt
      werden, dass bestimmte Gene und funktionelle Proteindomänen
      in beiden Spezies expandiert sind. Zu diesen gehören
      Proteine, für die eine Funktion im intra- und extrazellulären
      Transport (Transporter), in der Proteolyse (Peptidasen), im
      Abbau von Kohlenhydraten (Hydrolasen) und in der Bindung von
      Kohlenhydraten (Lektine) vorhergesagt wurde. Zusätzlich wurde
      eine neuartige Familie von kleinen sekretierten Proteinen in
      P. indica identifiziert, welche sich durch regelmäßig
      verteilte Histidine und Alanine, sowie ein konserviertes,
      sieben Aminosäuren-Motiv ("RSIDELD") am C-terminus der
      Proteine auszeichnet. Auf der anderen Seite konnte gezeigt
      werden, dass die Anzahl an Proteinen welche eine Funktion in
      der Produktion von Sekundärmetaboliten besitzen, insbesondere
      Polyketide und nicht-ribosomale Peptidsynthetasen, in beiden
      Pilzen stark reduziert ist. Dies ist bezeichnend für den
      nicht pathogenen Charakter von P. indica und S. vermifera.
      Des weiteren konnte unter Verwendung von "Microarrays" und
      "RNA-Sequenzierung" gezeigt werden, dass die Expression von
      Genen in P. indica während der Besiedelung von Gersten- oder
      Arabidopsis-Wurzeln zeit- und wirtsabhängig reguliert ist.
      Eine erste vergleichende Untersuchung der Genexpression in S.
      vermifera und P. indica während der Besiedelung von
      Arabidopsis legt nahe, dass definierte Unterschiede während
      der Besiedelung dieses Wirtes durch die beiden untersuchten
      Pilze existieren.
description: The root endophyte Piriformospora
      indica and the orchid mycorrhiza Sebacina vermifera
      (Sebacinales, Basidiomycota) are able to establish a
      mutualistic symbiosis with plants. Both fungi colonize the
      root cortex of a wide range of vascular plants, including the
      monocot barley (Hordeum vulgare) and the dicot Arabidopsis
      thaliana. Colonization by the fungi results in growth
      promotion and induced resistance against abiotic and biotic
      stresses. Fungal development in roots combines biotrophic
      growth in living plant cells and cell-death associated
      colonization of dead cortex cells. These features together
      with the possibility to cultivate the fungi on synthetic
      media reveal substantial phenotypic plasticity which is
      reflected in their genomic traits. In this study, the genomes
      of Piriformospora indica and Sebacina vermifera were
      characterized. It could be shown that certain gene and
      functional protein domain expansions occurred in both
      species. These included proteins predicted to be involved in
      intra- and extracellular transport (Transporters),
      proteolysis (Peptidases), degradation of carbohydrates
      (Hydrolases) and non-destructive carbohydrate binding
      (Lectins). Additionally, a novel family of small secreted
      proteins was identified in P. indica which is characterized
      by regular distributed histidine and alanine residues and a
      conserved seven amino acid motif ("RSIDELD") at the
      C-terminus. On the other side, the number proteins involved
      in secondary metabolism, in particular polyketide and
      nonribosomal peptide synthetases, were shown to be strongly
      reduced in both fungi which is indicative of the non
      pathogenic character of P. indica and S. vermifera. By using
      microarrays and RNA-sequencing, a time- and host-specific
      expression of genes could be shown in P. indica during
      colonization of barley- or Arabidopsis roots. A first
      comparative analyses of genes expressed in S. vermifera and
      P. indica during colonization of Arabidopsis suggests that
      defined differences exist during the colonization of this
      host by both analysed fungi.