Genetische Untersuchungen an dem Basidiomyceten Agrocybe aegerita

Summary

The wood-inhabiting Basidiomycete Agrocybe aegerita (Agaricaceae) can be easily grown under laboratory conditions. Its complete life cycle requires about 6 weeks, while dikaryons are able to form fruiting bodies within 3 weeks. Since the basidiospores (10×6 μm) can be isolated by hand, this organism is very well suited for genetic studies either by single strand or tetrad analysis. Thus we were able to work out the formal genetics of A. aegerita, the mating relations of which are controlled by the tetrapolar mechanism of homogenic incompatibility.

Within the monokaryotic offspring of a dikaryon isolated from nature we found a considerable variation in the time of fruiting in compatible matings, some failed to fruit even after 42 d. In order to quantify this criterion, we have developed for monokaryotic strains the parameter “fruiting potency”, in which the only variable is the time required for fruiting body production in the resulting dikaryotic stocks.

Similar variability has been found for the ability of monokaryons to show monokaryotic fruiting. Three types of this qualitative criterion have been identified : non-fruiters, non-fruiters with fruiting body initials, and monokaryotic fruiters. The latter produce small fruiting bodies, the basidia of which predominantly carry only two spores.

Since Agrocybe aegerita belongs to the edible mushrooms, we have attempted to improve fruiting body production in order to obtain material for use in commercial production. As a selected example for concerted breeding we have used the criterion of fruiting potency starting from a single fruiting body. We were able to show that by selection and recombination within a small inbreeding population, in only four generations the fruiting potency could be markedly enhanced. In a parallel set of experiments as a control, we also showed that the opposite effect, a decrease in fruiting potency, could be achieved in only three generations. It became evident that A. aegerita is very well suited to applied research with respect to breeding for commercial use. In evaluating these data we have found a statistically significant correlation between fruiting potency and monokaryotic fruiting. The implications of the latter for the general understanding of genetic control of morphogenesis becomes evident.

Zusammenfassung

Der holzzerstörende Pilz Agrocybe aegcrita (Agaricaceae) kann leicht unter Laborbedingungen angezogen und zur Fruchtkörperbildung gebracht werden. Sein Fortpflanzungsverhalten wird durch den tetrapolaren Mechanismus der homogeniscben Incompatibilität kontrolliert und sein vollständiger Entwicklungszyklus dauert etwa 6 Wochen. Dagegen können dikaryotische Myzelien schon nach 3 Wochen Fruchtkörper bilden. Da es möglich ist, die Basidiosporen (10×6 μm) mit der Hand zu isolieren, eignet sich dieser Pilz sehr gut für genetische Untersuchungen, die sowohl als Zufallsanalyse als auch mit Hilfe der Tetradenanalyse durchgeführt werden können. Wir waren daher in der Lage, die Formalgenetik dieses Pilzes auszuarbeiten.

Innerhalb der monokaryotischen Nachkommenschaft eines Dikaryons, das aus der Natur isoliert wurde, fanden wir eine beträchtliche Variabilität hinsichtlich der Fruchtkörperbildung nach Kreuzung dieser Stämme. Neben relativ frühen Fruchtern (<28 d) kam es in einigen Kombinationen selbst nach 42 d nicht zur Fruktifikation trotz verträglicher Incompatibilitätsfaktoren. Um dieses Phänomen zu quantifizieren, haben wir für die Monokaryen den Parameter „Fruchtungspotenz” entwickelt, in den als einzige Variable der Zeitpunkt der Fruchtkörperbildung nach Herstellung eines Dikaryons eingeht. Eine ähnliche Variabilität wurde für das sogenannte monokaryotische Fruchten (die Fähigkeit von Monokaryen, auch ohne compatiblen Kreuzungspartner zu fruktifizieren) entdeckt. Drei Typen dieses qualitativen Merkmals wurden identifiziert : Monokaryotische Fruchter, Nicht-Fruchter und Nicht-Fruchter mit Fruchtkörperanlagen. Die ersteren bilden zwar normal aussehende Fruchtkörper, die jedoch wesentlich kleiner sind als die an Dikaryen entstehenden und meist nur Basidien mit zwei Sporen haben.

Da Agrocybe aegerita zu den Speisepilzen gehört, haben wir versucht, ihre Fruchtkörperproduktion zu verbessern, um auf diese Weise ein Material für eine praktische Nutzung zu erhalten. Als Beispiel für eine konzertierte Züchtung wurde das Kriterium der Fruchtungspotenz ausgewählt. Ausgehend von einem aus der Natur isolierten Fruchtkörper war es möglich, in nur 4 Generationen durch Selektion und Rekombination in einer Inzuchtpopulation die Fruchtungspotenz merklich zu steigern.

In einer parallelen Versuchsreihe haben wir — gewissermaßen als Kontrolle — gezeigt, daß es unter Anwendung der gleichen Methodik möglich ist, auch das konträre Züchtungsziel zu erreichen, nämlich eine Abnahme der Fruchtungspotenz.

Es ist damit klar geworden, daß A. aegerita als ein geeignetes Objekt für züchterische Versuche angesehen werden kann. Darüber hinaus haben wir jedoch bei der Auswertung dieser Versuche eine statistisch signifikante Korrelation zwischen Fruchtungspotenz und monokaryotischem Fruchten entdeckt. Die Bedeutung dieser Erscheinung für ein Verständnis der genetischen Kontrolle der Fruchtkörpermorphogenese und damit für die Grundlagenforschung liegt auf der Hand.

Der Aufenthalt von M. Semerdžieva wurde durch ein Stipendium der Heinrich-Hertz-Stiftung, Düsseldorf, ermöglicht. Die Experimente wurden durch Sachmittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft und des Landesamtes für Forschung unterstützt. Wir danken diesen Institutionen. Unser Dank gilt auch den technischen Mitarbeitern unseres Lehrstuhls, insbesondere Frau M. Kuglmeier, für ihre Hilfe.