dc.description.abstract
Chitin ist ein Polysaccharid, das aus N-Acetylglucosamineinheiten (GlcNAc) aufgebaut ist. Die N-Acetylglucosamineinheiten sind durch ß-1,4-glycosidische Bindungen verknüpft. Chitin ist neben Cellulose, das am weitesten verbreitete Polysaccharid. Es kommt im Exoskelett von Insekten und Krustentieren vor und ist auch ein wichtiger Bestandteil in Pilzzellwänden. Da sich Chitin in der Biosphäre nicht sichtbar anhäuft, müssen die großen Mengen die jährlich an Chitin produziert werden, auch effizient abgebaut werden. Bakterien und Pilze sind hauptverantwortlich für den Chitinabbau in der Natur, sie können Chitin als Nährstoffquelle nutzen. Der erste Schritt des Chitinabbaus wird von extrazellulären Enzymen ausgeführt, den Chitinasen. Chitinasen spalten das Polymer Chitin in kleinere Oligomere, bis hin zu Dimeren (Chitobiose). Danach wandeln N- Acetylglucosaminidasen das Dimer in 2 N-Acetylglucosamin-monomere um. Der Transport von GlcNAc in die Zelle und die katabolische Umwandlung von GlcNAc zu Fruktose-6-Phosphat ist bis jetzt nur in der humanpathogenen Hefe Candida albicans untersucht worden. In dieser Doktorarbeit wurde der GlcNAc-Katabolismus in filamentösen Pilzen erforscht. Der erste Teil dieser Ergebnisse ist in einer Publikation veröffentlicht bei der wir zeigen konnten, dass die Gene, die am GlcNAc Abbau beteiligt sind, in einem Cluster vorkommen. Wir entdeckten, dass dieser Cluster zusätzlich einen Transkriptionsfaktor enthält, der starke Homologie zu Ndt80 aus S. cerevisiae aufweist. Wir nannten diesen Transkriptionsfaktor, der in C. albicans nicht vorkommt, RON1 (regulator of N-acetylglucosamine catabolism 1). Wir konnten zeigen, dass RON1 essentiell für den GlcNAc Abbau in Trichoderma reesei ist. Eine Literatursuche ergab, dass Neurospora crassa einen Transkriptionsfaktor besitzt, der eventuell auch in der Regulierung des GlcNAc-Katabolismus involviert ist. Dieser heißt GRHL (grainy head like protein), sein Ortholog in T. reesei ist CSP2. Untersuchungen dieses Transkriptionsfaktors ergaben, dass CSP2 in T. reesei nicht im GlcNAc Abbau beteiligt ist. In einer zweiten Studie, die in dieser Arbeit vorgestellt wird, lag der Fokus auf dem GlcNAc-Katabolismus in N. crassa. Wachstumstests zeigten, dass im Gegensatz zu anderen Pilzen, z.B. Trichoderma, GlcNAc eine schlechte Kohlenstoffquelle für N. crassa ist. Es stellte sich heraus, dass GlcNAc sogar in der Gegenwart einer zusätzlichen Kohlenstoffquelle wachstumshemmend ist. Überraschenderweise war N. crassa aber in der Lage auf dem Polymer Chitin zu wachsen. Auf Chitin waren die GlcNAc-abbauenden Gene jedoch nicht exprimiert, obwohl GlcNAc starke Induktion der Katabolismusgene bewirkte. Unsere Daten lassen darauf schließen, dass der Zwischenschritt, der zur Produktion von Glucosamine-6-Phopshat führt und von DAM1 durchgeführt wird, einen Engpass im GlcNAc-Stoffwechsel in N. crassa darstellen könnte. Analysen von Knockout-Mutanten der GlcNAc-abbauenden Gene zeigten, dass der Deletionsstamm des GlcNAc-6-phosphat-Deaminase-Gens (dam1) den größten Wachstumsdefekt auf Medium mit GlcNAc aufweist. Überexpression des T. reesei dam1 Gens in dem N. crassa Wildtyp und dem -dam-1 Stamm ermöglichte die teilweise Wiederherstellung des Wachstums von N. crassa auf Medium mit GlcNAc. Das Wachstum war aber nicht vollständig wieder hergestellt, was darauf hindeutet, dass andere Aspekte oder Kombinationen aus mehreren Schritten verantwortlich für die beobachteten Effekte von GlcNAc in N. crassa sind. Ein weiteres Thema dieser Doktorarbeit waren Chitin-bindende Proteine die zur Familie der Cerato-Platanine (CPPs) gehören. CPPs sind kleine, sezernierte Proteine, die vier konservierte Cysteine besitzen. Diese Proteine kommen nur in filamentösen Pilzen vor und werden leicht von anderen Organismen erkannt, was zu Wechselwirkungen von Pilzen mit anderen Organismen führt, z.B. regen diese Wechselwirkungen die Induktion von Abwehrreaktionen in Pflanzen an. Es ist aber noch nicht bekannt, ob die Hauptfunktion der CPPs diese Wechselwirkungen sind, oder ob sie eher eine Rolle im Pilzwachstum spielen. CPPs haben mehrere biochemische Eigenschaften, die in dieser Kombination nicht in anderen Proteinen zu finden sind. Einerseits sind CPPs Kohlenhydrat-bindende Proteine und sind in der Lage Chitin und GlcNAc-Oligosaccharide zu binden. Andererseits können sie an hydrophoben/hydrophilen Oberflächen akkumulieren und formen Proteinschichten, z.B. auf der Oberfläche von wässrigen Lösungen und verändern dadurch die Lösungen und Oberflächen. Trichoderma atroviride und Trichoderma virens werden in der Landwirtschaft als biologisches Schädlingsbekämpfungsmittel verwendet. CPPs sind Schlüsselfaktoren für die Interaktion zwischen Trichoderma und Pflanzen. T. atroviride and T. virens sind Mykoparasiten, das heißt sie sind in der Lage andere Pilze anzugreifen und zu töten. Sie können aber auch direkt mit den Pflanzen interagieren, wodurch deren Abwehrreaktionssystem stimuliert wird und die Pflanzen dadurch widerstandsfähiger gegen Krankheitserreger werden. Nur zwei der drei CP-Gene sind stark exprimiert in Trichoderma (sm1/epl1 and sm2/epl2). Knockoutstämme dieser Gene wurden auf ihr Wachstum und ihre Entwicklung untersucht und auch auf ihre Trichoderma-Pflanzen Interaktionen getestet. Das Fehlen der Proteine SM1/ EPL1 und SM2/ EPL2 in T. virens und auch T. atroviride reduzierte die systemische Resistenz von Maiskeimlingen gegenüber dem pflanzenpathogenen Pilz Cochliobolus heterostrophus drastisch. Die Ergebnisse zeigten, dass T. virens im Allgemeinen einen effektiveren Pflanzenschutz als T. atroviride ermöglicht. Zusätzlich wurde festgestellt, dass obwohl die CP-Gene sm1/epl1 wesentlich stärker als sm2/ epl2 während Pilzwachstum induziert wurden, SM2/ EPL2 wichtiger als SM1/ EPL1 zur Förderung der Pflanzenabwehr ist
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