Ein einziger Aminosäureaustausch im Transkriptionsfaktor Azr1 erzeugt Azolresistenz in Fusarium graminearum

Abstract

F. graminearum zählt zu den ökonomisch und wissenschaftlich relevantesten pflanzenpathogen Pilzen weltweit und verursacht im Getreide Krankheit, die als Ährenfusariose oder partielle Taubährigkeit bezeichnet wird. Dabei ist es neben den quantitativen Ertragsverlusten vor allem die Kontamination mit Mykotoxinen, welche massive Schäden hervorruft. Gegenwärtig zeigen zahlreiche Feldisolate eine reduzierte Sensitivität gegenüber den für die Bekämpfung von F. graminearum bedeutsamen Azol-Fungiziden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass ein einziger Nukelotidaustausch (single nucleotide polymorphism; SNP) in einem bisher uncharakterisierten und innerhalb der Gattung Fusarium hoch konservierten Transkriptionsfaktor namens Azr1 Toleranz gegenüber Azol-Fungiziden erzeugt. Um die der Azol Toleranz zugrundeliegenden Mechanismen zu analysieren, wurden zusätzlich Δazr1 Deletionsmutanten erzeugt. Bemerkenswerterweise verminderte weder die Deletion des ORF von AZR1 noch die Einführung des SNP in Azr1 die Vitalität und Virulenz der erzeugten Isolate. RNAseq Experimente suggerieren, dass die Hochregulierung von Genen der Ergosterolbiosynthese, von MFS- bzw. ABC-Transportern und Cytochrom P450 Genen kollektiv zu der erhöhten Azol Toleranz der SNP-Mutanten beiträgt. Interessanterweise sind zudem sowohl in den SNP-, vor allem aber in den Deletions-Mutanten zahlreiche Sekundärmetabolitcluster (SMC) Gene differentiell reguliert. Um Feldisolate auf das Vorhandensein des SNPs hin untersuchen zu können, wurde ein CAPS Marker Test entwickelt, der einfach und kostengünstig die Untersuchung von Azr1-basierter Azol Toleranz in Feldisolaten ermöglicht.

F. graminearum is one of the most economically and scientifically relevant plant pathogens in the world and causes a plant disease in grain called Fusarium head blight (FHB). In addition to quantitative yield losses, it is above all the qualitative yield losses caused by the mycotoxin contaminations that cause massive damage. Currently, numerous field isolates show reduced sensitivity to azole fungicides that are important for the control of F. graminearum. In this work it was shown that a single nucleotide polymorphism (SNPs) in a previously uncharacterized transcription factor called Azr1, which is highly conserved within Fusarium species, generates tolerance to azole fungicides. To analyse the mechanisms underlying azole tolerance, defined deletion mutants were generated. Remarkably, neither deletion of the ORF of AZR1 nor introduction of the SNP decreased the viability and virulence of the isolates generated. RNAseq experiments showed that the upregulation of ergosterol biosynthesis genes, MFS or ABC transporters and cytochrome P450 genes contribute to the increased azole tolerance of the SNP mutants. Interestingly, numerous secondary metabolite cluster (SMC) genes are differentially regulated both in the SNP and especially in the deletion mutants. To be able to identify field isolates harbouring the SNP, a CAPS marker test was developed that allows to identify AZR1-based/mediated azole-tolerant isolates effectively.