Fusarium genes involved in mycotoxin synthesis in infected oat : a gene expression study

Sammendrag Fusarium er en kompleks soppslekt med mange arter som angriper cerealer over hele verden. Fusarium kan gi aksfusariose i korn om er en sykdom der kornaksene angripes. Dette kan føre til dårlig kornkvalitet og betydelige avlingstap. Flere arter av Fusarium kan produsere mykotoksiner av ulik toksisitet. Disse kan gi negative helseeffekter hos både mennesker og dyr. For at mykotoksinproduksjon hos en Fusarium-art skal kunne skje, må alle genene i biosynteseveien for slike toksiner være uttrykt. Slike gener koder for bestemte enzymer som katalyserer viktige reaksjonstrinn i synteseveien til mykotoksiner. Det kan skje interaksjoner mellom Fusarium-arter som er tilstede samtidig, men det kan også skje interaksjoner mellom Fusarium-arter og den infiserte planten. Dette kan påvirke toksinproduksjonen hos en art, som en følge av endringer i genekspresjonen av gener som er involvert i synteseveien av disse mykotoksinene. I denne masteroppgaven ble ekspresjonsanalyser av ulike gener som inngår i synteseveien til slike mykotoksiner utført. Dette var toksinrelaterte gener fra de fire Fusarium-artene; F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum og F. langsethiae. Det ble ekstrahert RNA fra Fusarium-infisert havre fra 10 og 14 dager etter inokulering (dpi). Havreprøvene som det ble ekstrahert RNA fra, var på forhånd sprayinokulert med kombinasjoner av F. langsethiae med hver av de tre andre artene, i tillegg til sprayinokuleringer med hver av de fire artene for seg. cDNA ble syntetisert fra RNA og brukt til videre ekspresjonsanalyser med “Real time quantitative polymerase chain reaction” (qPCR). Resultatene fra genekspresjonsanalysene indikerte at det for noen gener var forskjell mellom uttrykket på de to tidspunktene (10 og 14 dpi). I tillegg var genuttrykkene generelt noe forskjellig når en art var alene og i kombinasjon med en annen. Uttrykket av Tri1 og Tri16 der det var full dose av F. langsethiae alene 10 dpi var signifikant forskjellig fra F. langsethiae halv dose ved samme tidspunkt. Uttrykket av Tri16 ved 14 dpi, der F. langsethiae vokste i kombinasjon med F. avenaceum og der F. langsethiae vokste i kombinasjon med F. culmorum, var signifikant forskjellig fra F. langsethiae (halv dose) 14 dpi. Uttrykket av Esyn der F. avenaceum var i kombinasjon med F. langsethiae 10 dpi var signifikant forskjellig fra F. avenaceum alene (halv dose). Abstract Fusarium is a complex fungi genus with a lot of species, attacking cereals all over the world. Fusarium can cause Fusarium head blight in cereals, a disease attacking ears in cereals, resulting in reduced cereal quality and important reduction in yield. Different species of Fusarium can produce mycotoxins of different toxicity, and can result in large negative impacts on human and animal health. All genes included in the biosynthesis for such mycotoxins must be expressed for mycotoxin production to be active by a Fusarium species. Such genes code for specific enzymes which catalyze important steps in biosynthesis to mycotoxins. Interactions between Fusarium species which are present at the same time may happen, but interactions between plant and Fusarium species may also happen. In this master thesis gene expression studies from different genes active in the biosynthesis of mycotoxins have been done. This was toxin related genes from the four Fusarium species; F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum and F. langsethiae. RNA was extracted from Fusarium infected oats from 10 and 14 days post inoculation (dpi). Oat samples which RNA was extracted from, had earlier been spray inoculated by F. langsethiae in combination with each of the three other species. In addition spray inoculations of each of the other species were done straight. It was synthesized cDNA from RNA. This was used for further expression analyses by Real Time quantitative polymerase chain reaction (qPCR). The results from the gene expression analyses indicated difference in expression between the two sample times (10 and 14 dpi) for some genes. Gene expressions were also often changed when two Fusarium species were together, compared to when the specific Fusarium specie was alone. The expressions of Tri1 and Tri16 when full dose rate of F. langsethiae alone at 10 dpi was significantly different from F. langsethiae half dose rate at the same time. Expression of Tri16 at 14 dpi, where F. langsethiae grew in combination with F. avenaceum, and where F. langsethiae grew in combination with F. culmorum, were significantly different from F. langsethiae (half dose rate) 14 dpi. Expression of Esyn where F. avenaceum grew in combination with F. langsethiae 10 dpi was significantly different from F. avenaceum alone (half dose rate)