Funktionen von Peptidpheromonen in Hypocrea jecorina

Arten des Genus Trichoderma sind Saprophyten und ihre jeweiligen Teleomorphe sind holzabbauende und nekrotrophische Askomyzeten des Genus Hypocrea. Hypocrea jecorina (das Teleopmoph von Trichoderma reesei), ist der wahrscheinlich bekannteste Zelluloseabbauer des Genus Trichoderma. Neben Studien an der Enzymologie des Zelluloseabbaus ist auch das Verständnis der Regulation der Biosynthese der beteiligten Enzyme von Interesse. Es wird angenommen, dass Oligosaccharide, die beim Abbau von Zellulose entstehen, jene Komponenten darstellen, die die starke Induktion der Zellulaseexpression auslösen. Dennoch ist nur wenig darüber bekannt, wie diese Umweltfaktoren die Signalübertragungskaskade, die schließlich zur erhöhten Transkription der Zellulasegene führt, aktivieren und welche Faktoren in dieser Kaskade eine Rolle spielen. Vor kurzem wurde die Beteiligung des Lichtregulators Envoy an der Zellulaseregulation gezeigt und damit ein Zusammenhang zwischen Zellulose-Signalübertragung und der Reaktion auf Licht hergestellt. Auch der Befund, dass die G-alpha Proteine GNA1 und GNA3 die Zellulasetranskription in Abhängigkeit von Licht beeinflussen, weist in diese Richtung. Untersuchungen an Genen, die möglicherweise an der Zellulase- Signalübertragung beteiligt sind, zeigten weiters, dass H. jecorina über ein untypisches a-Faktor Pheromon verfügt, das in die lichtabhängige Regulation der Zellulasetranskription involviert ist. Da Signalübertragung durch heterotrimere G-Proteine an der Pheromon-Signalübertragung beteiligt ist und auch nachdem unsere eigenen Daten Zusammenhänge zwischen Zellulose- und Pheromon-Signalübertragung einerseits und der Reaktion auf Licht andererseits andeuten, beabsichtigen wir die Verbindungen dieser Wege aufzuklären und damit unseren ersten Entwurf dieses Signalübertragungsnetzwerkes in H. jecorina zu ergänzen. Dies soll durch Analyse der Rolle der beiden Pheromon-Precursor-Gene min1 und ppg1 durch Gen-Deletion und Überexpression dieser Gene in Licht und Dunkelheit geschehen. Weiters soll der Einfluß des Lichtregulator-Gens env1 auf diese Signalübertragungskaskade und die Auswirkungen dieses Weges auf die bekannten Zellulaseregulatoren ACE1, ACE2 und XYR1 untersucht werden.

Trichoderma reesei (die Nebenfruchtform von Hypocrea jecorina) ist der bekannteste Zelluloseabbauer des Genus Trichoderma. In letzter Zeit stieg das Interesse an dieser Eigenschaft von Trichoderma wegen der Bedeutung der Zellulasen für die Produktion von Biotreibstoffen der zweiten Generation aus Abfallprodukten der Landwirtschaft anstatt aus Getreide. Daher war es unser Ziel, die Physiologie dieses Pilzes durch Erforschung der sexuellen Entwicklung und der dafür notwendigen Weiterleitung von Pheromonsignalen, die diese auslösen, besser zu verstehen. Weiters wollten wir einen möglichen Zusammenhang der Regulation der sexuellen Entwicklung und der Expression von Zellulasegenen untersuchen. Im Laufe dieses Projekts konnten wir zeigen, dass T. reesei tatsächlich zur sexuellen Entwicklung fähig ist, obwohl dieser Pilz jahrzehntelang als asexuell galt. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für die breite Anwendung von T. reesei in der Industrie, weil sie die Stammverbesserung sowie die Kombination unterschiedlicher Eigenschaften verschiedener Produktionsstämme entscheidend erleichtert. Nichtsdestoweniger begründet die Entdeckung der sexuellen Entwicklung in T. reesei ein neues Gebiet der Forschung an diesem Pilz und stellt ein wertvolles neues Werkzeug für die Untersuchung seiner Physiologie dar. In weiterer Folge zeigten wir auch eine neue Klasse von Peptidpheromon-Vorstufen (h-Typ, zusätzlich zum a- und alpha-Typ), mit T. reesei HPP1 als erstem Mitglied. HPP1 übernimmt die rolle einer a-Typ Peptidpheromons in T. reesei und potentielle Homologe mit übereinstimmender Struktur wurden in mehreren weiteren heterothallischen Ascomyceten gefunden. Diese Erkenntnisse eröffnen ein neues Kapitel in der Erforschung von Peptidpheromonen in Pilzen. Sexuelle Entwicklung ist in Pilzen abhängig vom Licht-Status und das gilt auch für T. reesei. Unsere Analyse der Rolle der Photorezeptoren BLR1, BLR2 und ENV1 zeigte, dass diese Faktoren tatsächlich die Fruchtkörperbildung beeinflussen und auch die Transkription der Pheromongene verändern. Dennoch sind sie für die sexuelle Entwicklung von T. reesei nicht essentiell. Im Hinblick auf einen Zusammenhang zwischen sexueller Entwicklung und der Expression von Zellulasegenen, konnten wir unsere Hypothese ebenfalls bestätigen. Da das Pheromonvorstufen-Gen hpp1 zwischen einem Zellulase produzierenden und einem nicht produzierenden Stamm differentiell exprimiert wird, hatten wir angenommen, dass Pheromonvorstufen-Gene an der Regulation von Zellulasegenen beteiligt sein könnten. Wir fanden heraus, dass die beiden Pheromonvorstufen-Gene hpp1 (h-Typ) und ppg1 (alpha- Typ) nicht nur Zellulasegene, sondern auch Pektinase- und Xylanase gene beeinflussen. Folglich zeigten unsere Untersuchungen einen bisher unbekannten Zusammenhang zwischen sexueller Entwicklung und der Regulation der Kohlenstoffquellenverwertung in Pilzen.