Nitric oxide signalling controlling fungal reproduction

Fungal asexual reproduction results in the formation of highly volatile propagules (conidia). These conidia are the infectuos particles in the case of pathogens, such as the most prevalent airborn pathogenic fungi Aspergillus. Filamentous fungi (e.g. Aspergillus) initiate developmental programs (conidiation, sexual development, ...) upon the detection of specific environmental signals. For decades, some of these environmental signals have been known. However, the knowledge of how those signals are detected, and how the information is transmitted and then integrated to activate the developmental programmes is still very scarce. Development is controlled by a very complex network of regulators responding to those inducing conditions. Only the study of the light signal has been approached in some detail to date. Previous work through a transnational collaboration between the Groups of Prof. J. Strauss (BOKU, Austria) and Dr. D. Cnovas (Univ. Sevilla, Spain) unveiled that nitric oxide (NO) is a novel signal in fungi regulating development by cross-regulation with the light signal. The main objective of this proposal is to study the connection and crosstalk between these two signals (NO and light) inducing development and controlling the balance between two developmental programmes in fungi, using Aspergillus nidulans as a model system. We plan (1) to identify an alleged but so far unknown NO synthase in fungi, (2) to identify the signalling cascade at the molecular level for NO control, using development undertaken by NO, an emerging signal in fungi, and (2) to understand the connection between light and NO. The study of fungal reproduction, the mode of dispersion that allows colonization of new niches, has a strong impact on: human health by reducing fungal pathogens conidiation and consequently, the risks of virulent spores inhaling; and in biotechnology by increasing conidiation in industrially important strains, which often conidiate poorly. The collaboration between the host Group in BOKU and the applicant is fundamental for the success of this project. The BOKU group has a strong expertise in the regulation of N metabolism, which is partially controlling the intracellular levels of NO. The applicant is specialized in fungal development and by light.

Stickstoffmonoxid (auch Stickoxid genannt, NO) ist ein wichtiges Signalmolekül in allen Organismen. Die Wirkung dieses kurzlebigen Radikals auf zelluläre Vorgänge wurde in Säugern entdeckt und ist dort auch am besten untersucht, da es vielfältige physiologische Reaktionen als auch pathophysiologische Vorgänge auslöst. In niedrigen Eukaryonten, wie z.B. Pilzen, ist die intrazelluläre Produktion und Wirkung von NO bisher wesentlich schlechter untersucht und wenig verstanden, obwohl bisherige Arbeiten in Hefe und filamentösen Pilzen einen Einfluss auf Metabolismus und die Balance zwischen sexueller und asexueller Fortpflanzung nahelegen. In diesem Projekt haben wir zur besseren Untersuchung der molekularen Vorgänge eine neue Hochdurchsatz-Screening Methode für Pilze, die auf festen Oberflächen wachsen, entwickelt. Diese nun publizierte Methode wird in Zukunft auch anderen Gruppen die Möglichkeit bieten, Pilze in großer Zahl auf ihren natürlichen Substraten zu testen. Durch die Verwendung dieses neuen Systems für die Stickoxid-Fragestellungen unseres Projektes konnten wir neue Biosynthesewege von NO in Pilzen identifizieren und beschreiben. Die erste Möglichkeit der Bildung hängt mit der Verwertung von Nitrat als Stickstoffquelle zusammen, wohingegen eine zweite Möglichkeit durch die Verwertung der Aminosäure Arginine ähnlich wie bei Säugetieren besteht. Da Pilze NO über den Nitratweg auch wieder verwerten können, zeigten weitere Studien, dass sowohl Bildung und gleichzeitige Verwertung von NO unterschiedliche morphogenetische Programme unseres Modell-Pilzes Aspergillus nidulans beeinflussen können. Dieses Projekt hat also neue Erkenntnisse zur Rolle von NO in niedrigen Eukaryoten geliefert und gezeigt, dass dieses Molekül auch hier als Signal für metabolische Regulation und entwicklungsgenetische Programme dient.