Ecological genomics of the opportunistic fungus Trichoderma

Abstract

Trichoderma (Hypocreales, Ascomycota) ist eine Gattung der filamentösen Pilze, die durch ihr hohes opportunistisches Potenzial und ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene ökologische Bedingungen in zahlreichen natürlichen und künstlichen Habitaten verbreitet ist.<br />Die Fruchtkörper der Trichoderma spp. (Teleomorph; geschlechtliche Form) wurden hauptsächlich auf Basidiomyceten gefunden. Viele Trichoderma Anamorphe (asexuelles Entwicklungsstadium) haben die Fähigkeit biotrophe Interaktionen (z.B. Parasitismus) mit anderen Pilzen einzugehen.<br />Aufgrund dieser Eigenschaft sind Trichoderma spp. für Forschung und Industrie von großer Bedeutung und werden zur Bekämpfung von phytopathogenen Pilzen als Biofungizide eingesetzt. Trichoderma Mykoparasitimus steht daher im Fokus zahlreicher wissenschaftlicher Studien, was dazu führte, dass mittlerweile sieben Genome (T.<br />asperellum, T. atroviride, T. citrinoviride, T. harzianum sensu stricto, T. longibrachiatum, T. reesei und T. virens) sequenziert und für die Öffentlichkeit freigegeben wurden.<br />In der vorliegenden Dissertation wird die Ökologie der Gattung Trichoderma anhand von genomischen, transcriptomischen und ökophysiologischen Studien diskutiert. Die komparative Transkriptomik zeigte unterschiedliche Mykoparasitismus-Strategien der T. atroviride, T. reesei und T. virens. Die phylogenomische Studie der drei genannten Spezies zeigte, dass Mykoparasitismus eine Ureigenschaft dieser Gattung ist. Dies wurde auch in der Fallstudie über die evolutionär bedingten Unterschiede des mykoparasitischen Potenzials der eng verwandten, jedoch genetisch getrennten Spezies T. reesei und T. parareesei, unterstrichen.<br />Die Studie des Polyketid-Synthase Gens pks4 in T. reesei brachte hervor, dass dieses Gen für die Pigmentbildung verantwortlich ist und auch Einfluss auf andere wichtige ökophysiologische Funktionen, inklusive Mykoparasitismus dieser Spezies hat. Diese Dissertation bietet erste Einblicke in den Mykoparasitismus von Trichoderma aus genomischer und ökophysiologischer Perspektive.

Trichoderma (Hypocreales, Ascomycota) is a genus of common filamentous fungi that display a remarkable range of lifestyles. They have been isolated from numeral natural and artificial habitats demonstrating their high opportunistic potential and adaptability to variety of ecological conditions. Fruiting bodies of Trichoderma spp.<br />are mainly found associated with basidiomycetes and many of Trichoderma anamorphs can form biotrophic associations (in a broad sense parasites) with different fungi. This property is widely used by researchers and industry for the antagonization and eventual killing of fungal pathogens of plants (biological control or biocontrol). The exploitation of the mycotrophic properties of Trichoderma in biotechnology and agriculture made the genus well studied and brought it in focus of numerous -omic studies including the seven complete genomes (T. asperellum, T.<br />atroviride, T. citrinoviride, T. harzianum sensu stricto, T.<br />longibrachiatum, T. reesei and T. virens) recently released for public access. This doctoral thesis focuses on the ecology of the genus Trichoderma, discussing it by our ecophysiological, genomic and transcriptomic studies. The comparative transcriptomic analysis of T. atroviride, T.<br />reesei and T. virens revealed different strategies of Trichoderma mycoparasitism. The phylogenomic study of the three mentioned species showed that mycoparasitism is an innate property of the genus. This was further underlined by the case study on the versatility of antagonistic potentials in closely evolutionary related but genetically delimited species T. reesei and T. parareesei. The study of a polyketide synthase gene (pks4) in T. reesei revealed the involvement of a pigment producing pks in such ecophysiological functions as stress resistance, defense against competitive microorganisms and in mycoparasitism. This thesis provides the first insight into ecological genomics of Trichoderma through the genome-wide integrated analysis of mechanism, evolution and ecophysiology.<br />