Schwerpunkte2

Schwerpunkte der Forschertätgikeiten

Im einzelnen werden die folgenden Projekte bearbeitet:

Zelldifferenzierung in Pilzen

Vielzellige Entwicklung, wie z.B. die Entwicklung von Pilzfruchtkörpern, kann nur korrekt ablaufen, wenn viele Gene koordiniert exprimiert werden. Die Gene müssen zur richtigen Zeit und am richtigen Ort (d.h. in den richtigen Zellen des Organismus) aktiviert oder deaktiviert werden, um einen funktionellen Fruchtkörper zu ergeben. Auch Signale von Außen, wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Nährstoffangebot und viele andere müssen berücksichtigt werden. Wir untersuchen den Einfluß von Entwicklungsgenen und ihrer Regulation auf die Morphogenese des Modellorganismus Sordaria macrospora.

Der Modellorganismus Sordaria macrospora

Sordaria macrospora ist ein selbstfertiler (homothallischer) Ascomycet, was bedeutet, dass ein einzelner Stamm Fruchtkörper (Perithezien) bilden kann, ohne dafür einen Partner von entgegengesetztem Kreuzungstyp zu benötigen. Der Entwicklungszyklus von S. macrospora ist unten abgebildet. Er beginnt mit einer Ascospore, die auskeimt und zu einem Myzel auswächst. Innerhalb von einer Woche werden Perithezien gebildet, in denen Asci produziert werden, die jeweils acht Ascosporen enthalten. Die Ascosporen werden aus dem Fruchtkörper ausgeschleudert und der Zyklus beginnt von Neuem.

Sordaria macrospora ist ein filamentöser Pilz, der bereits seit einigen Jahrzehnten als Modellorganismus für entwicklungsbiologische Fragestellungen sowie für die Grundlagen der Meiose (der sexuellen Vermehrung der Eukaryoten) dient. Die Verfügbarkeit von formal- und molekulargenetischen Methoden ist einer der Gründe für den erfolgreichen Einsatz eukaryotischer Modellorganismen. Für S. macrospora sind das unter anderem:

  • DNA-vermittelte Transformation mit in das Genom integrierenden Vektoren
  • Herstellung von cDNA-Banken und einer indizierten (geordneten) Cosmid-Bank mit genomischer DNA
  • Formalgenetische Analysen
  • Herstellung einer Mutanten-Kollektion mit verschiedenen physiologischen und morphologischen Defekten
  • Relativ einfache Herstellung von Knockout-Stämmen durch Mutanten (Δku70), die ausschließlich homologe Rekombination durchführen.
  • Hochdurchsatz-Genexpressionsanalysen (Mikroarrays, Real-Time-PCR)
  • Genomsequenz. Um einen tieferen Einblick in die Biologie dieses Pilzes zu erhalten, haben wir in Zusammenarbeit mit Forschergruppen aus vier verschiedenen Ländern nun das Genom von S. macrospora sequenziert.

  • Link zum Genombrowser
  • Link zur Sordaria-Homepage


Identifikation von Entwicklungsgenen

Bei mehreren Sordaria-Mutanten ist der Entwicklungszyklus an einem bestimmten Punkt unterbrochen, so dass keine reifen Sporen mehr gebildet werden. Einige dieser Mutanten bilden nur sogenannte Vorfruchtkörper (Protoperithezien), daher werden sie pro-Mutanten genannt. Wir haben die betroffenen Gene in sechs verschiedenen pro-Mutanten identifiziert.

Die identifizierten Entwicklungsgene kodieren zum Teil regulatorische Proteine wie Transkriptionsfaktoren oder Teile von Signaltransduktionskaskaden, aber auch Proteine mit struktureller oder enzymatischer Funktion. Um die molekulare Funktion der Entwicklungsproteine aufzuklären, haben wir Lokalisationsstudien mit fluoreszenzmarkierten Proteinen durchgeführt. Hierzu haben wir zunächst verschiedene Fluoreszenzproteine für Sordaria macrospora etabliert (unten).

Zur Zeit arbeiten wir an der Identifizierung von Interaktionspartnern (Two-Hybrid-Analysen, Proteinbiochemie) der Entwicklungsproteine, um regulatorische Netzwerke zu charakterisieren, die morphogenetische Prozesse steuern.




Functional Genomics

Während der letzten Jahre wurden Methoden wie Mikroarrays entwickelt, mit denen die Expression von hunderten oder tausenden von Genen gleichzeitig untersucht werden kann. Im Moment arbeiten wir an Projekten zur Analyse der differentiellen Genexpression in Entwicklungsmutanten. Untersuchungen wie diese liefern Informationen darüber, wie ein Pilzgenom vielzellige Entwicklung kontrolliert.

Das Bild unten soll einen Eindruck davon vermitteln, wie die Ergebnisse einer Mikroarray-Analyse aussehen können. Die Abbildung zeigt eine sogenannten Cluster-Analyse von Mikroarray-Daten. Jede Zeile repräsentiert ein Gen, das rechts mit einer Nummer gekennzeichnet ist. Jede Spalte repräsentiert ein einzelnes Mikroarray-Experiment, in dem die Expression einer Mutante, z.B. pro1, mit dem Wildtyp verglichen wurde. Jedes der farbigen Rechtecke zeigt daher die Expression eines bestimmten Gens in einer Mutante im Vergleich zum Wildtyp in einem bestimmten Experiment. Grün bedeutet, dass das Gen in der Mutante herunterreguliert ist, rot bedeutet, dass das Gen in der Mutante stärker exprimiert wird als im Wildtyp. In diesem Bild sind nur Gene gezeigt, die in allen Mutanten im Rahmen dieser Untersuchung herauf- oder herunterreguliert waren. Eine vollständige Analyse von Array-Daten zeigt viel mehr Gene mit komplexen Expressionsmustern, z.B. Gene, die nur in einer oder zwei Mutanten herauf- oder herabreguliert sind.