 |
Phylogenetic and phylogenomic analysis of Aspergillus species
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
115690 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Szekeres, András |
| Title in Hungarian |
Aspergillus fajok filogenetikai és filogenomikai vizsgálata |
| Title in English |
Phylogenetic and phylogenomic analysis of Aspergillus species |
| Keywords in Hungarian |
Aspergillus, filogenetika, genomika, molekuláris azonosítás, mikotoxinok, populációszerkezet, taxonómia |
| Keywords in English |
Aspergillus, phylogenetics, genomics, molecular identification, mycotoxins, population structure, taxonomy |
| Discipline |
| Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology |
| Department or equivalent |
Department of Biotechnology and Microbiology (University of Szeged) |
| Participants |
Baranyi, Nikolett
Kecskeméti, Anita
Kiss, Noémi
Kocsubé, Sándor
Palágyi, Andrea
Szerencsés, Bettina
Varga, János
|
| Starting date |
2016-01-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
40.732 |
| FTE (full time equivalent) |
10.60 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az Aspergillus nemzetség az egyik legjelentősebb fonalasgomba csoport; tagjai mind hasznos, mind káros hatással bírnak az emberiség számára. Egyrészt számos emberi és állati megbetegedést okozhatnak mikotoxinokat termelnek, másrészt az Aspergillus fajokat széleskörűen alkalmazzák a fermentációs illetve gyógyszeriparban szerves savak, enzimek illetve gyógyszeralapanyagok előállítására. A nemzetségbe tartozó mintegy 350-370 faj elkülönítése morfológiai alapon igen nehéz, újabb vizsgálatok alapján a szekvencia alapú fajazonosítás a legmegfelelőbb ezen nemzetség esetében. Munkánk során a nemzetség rokonsági viszonyait molekuláris módszerekkel vizsgáljuk az alnemzetségek szintjétől egészen a populációk szintjéig. Céljaink a következőek:
- egy magas támogatottságú, az egész nemzetséget felölelő filogenetikai vizsgálat elvégzése 10-12 lokusz szekvenciáinak felhasználásával annak érdekében, hogy feltérképezzük a nemzetség evolúciós kapcsolatait;
- az elmúlt évtizedekben kevésbé tanulmányozott szekciókon (Aspergillus, Restricti, Nidulantes, Flavipedes, Cervini és Cremei) belüli evolúciós kapcsolatok felderítése;
- filogenomikai vizsgálatok elvégzése a fekete Aspergillus-ok között a rokonsági kapcsolatok tisztázásának érdekében, különös tekintettel a vizsgálatok alapjául szolgáló gének alkalmazhatóságának elemzésére a fajszintű azonosításban (másodlagos „barcoding” szekvenciák azonosítása), és részvétel a másodlagos anyagcseretermékek szintézisében és szaporodásban szerepet játszó gének annotációjában;
- klinikai, kukoricáról illetve beltéri levegőből izolált és környezeti Aspergillus flavus izolátumok populációszerkezetének elemzése és összehasonlítása
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az Aspergillus nemzetséget 8 alnemzetségbe és 24 szekcióba lehet sorolni. Munkánk célja a nemzetség genetikai variabilitásának vizsgálata az alnemzetségek szintjétől egészen a populációk szintjéig molekuláris adatok felhasználásával. Terveink közt szerepel egy megbízható, a teljes nemzetséget felölelő, 10-12 gén felhasználásával elkészített filogenetikai vizsgálat, mely felfedné az evolúciós kapcsolatait ennek a gazdaságilag igen fontos csoportnak. Terveink közt szerepel az elmúlt évtizedek során nem teljes alapossággal tanulmányozott szekciókon belüli evolúciós kapcsolatok felderítése. A gombák esetében a DNS alapú fajszintű meghatározás elsődleges „barcode” szekvenciájául a rRNS génkluszter ITS szakaszát választották. Céljaink egyike, hogy olyan génszakaszt azonosítsunk, mely egyfajta másodlagos „barcode”-ként felhasználható lenne az Aspergillus-ok pontos fajazonosításában. Ennek érdekében számos olyan génszakasz átfogó vizsgálatát tervezzük, melyek korábban már alkalmasnak bizonyultak Aspergillus fajok és rokonaik azonosításában. Ezzel párhuzamosan az elérhető génbanki szekvenciák (elsősorban a fekete Aspergillus-ok szekvenciái) filogenomikai vizsgálatai során azonosított potenciálisan alkalmas génszakaszok tesztelését is elvégezzük. Tervezzük a gazdaságilag igen jelentős A. flavus faj klinikai és környezeti izolátumainak vizsgálatát, a különböző származású csoportok populáció szintű elemzését és azok összehasonlítását. Célunk, hogy molekuláris technikák alkalmazásával felfedjük az esetleges fajon belüli csoportok jelenlétét.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az Aspergillus nemzetség taxonómiai viszonyainak tisztázása számos különböző tudományterület számára bír elsődleges fontossággal. Mivel a különböző Aspergillus fajok igen eltérő antifungális érzékenységgel bírhatnak, egy olyan genomi szakasz azonosítása, mely alkalmas a fajok egyértelmű azonosítására, nagymértékben megkönnyítené a klinikai azonosításban dolgozók munkáját. A fajok toxintermelési képességei is különbözőek, ezért a pontos fajszintű besorolás a mezőgazdaság és az élelmiszeripar számára is fontos. Az aflatoxin termelő A. flavus faj populációszerkezetének részletesebb megismerése fontos adatokkal szolgálna az elterjedés, a fajon belüli csoportok, és a különböző élőhelyek és a toxintermelő képesség közötti kapcsolatok feltárásához. Ezek a megfigyelések hozzájárulhatnának az élelmiszerek aflatoxin szennyezettségének a csökkentéséhez. Az evolúciós kapcsolatok alapos, polifázikus vizsgálata számos szekcióban szintén nagy fontossággal bír. A legutolsó részletes monográfia 1965-ben íródott, és - ugyan alapműnek számít - számos részletében mára már idejétmúlt. A tervezett vizsgálatok elvégzésével lehetőségünk nyílna egy új Aspergillus monográfia összeállítására, mely értékes információkkal szolgálna az ezzel a nemzetséggel foglalkozók számára.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A fonalasgombák közé tartozó Aspergillus-ok hasznosak illetve veszélyesek is lehetnek az emberekre nézve. Számos emberi és növényi betegségért tehetőek felelőssé, toxinokat termelnek, mint például az aflatoxin és az ochratoxin, ugyanakkor néhány fajt szerves savak, enzimek és gyógyszerek előállításában használnak. Pályázatunk célja, hogy vizsgáljuk az Aspergillus nemzetség genetikai variabilitását az alnemzetség szinttől egészen a populáció szintig, annak érdekében, hogy betekintést nyerjünk a nemzetségen belüli evolúciós kapcsolatokba. Alnemzetség szinten a filogenetikai vizsgálatokat 10-12 lokusz felhasználásával és mintegy 100 faj bevonásával tervezzük a különböző csoportok evolúciós kapcsolatainak feltárásához. Tervezzük rokonsági viszonyok feltárását a nemzetség néhány szekciójában az úgynevezett polifázikus taxonómiai módszer alkalmazásával (molekuláris, morfológiai, ökológiai és fiziológiai adatok kombinált vizsgálata révén). Célul tűztük ki olyan genomi régió azonosítását is, mely lehetővé teszi a különböző fajok egyértelmű DNS alapú azonosítását. Végül populáció szintű kutatásokat tervezünk elvégezni az A. flavus klinikai és környezeti izolátumainak bevonásával annak érdekében, hogy tisztázzuk a fajon belüli genetikai variabilitás mértékét, valamint felfedjük az esetleges kapcsolatokat a molekuláris csoportok, a geográfiai eredet, a gazdaszervezet és a toxintermelő képesség között.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Aspergillus is among the economically most important fungal genera. Aspergillus species can be both harmful and beneficial for mankind. They are responsible for a number of plant and human diseases and produce several mycotoxins, while some species are used for the production of various acids, enzymes and drugs. Aspergilli are one of the more difficult groups concerning classification and identification, and several taxonomic schemes have been proposed. New molecular approaches have shown that taxa are difficult to be recognized based solely on their phenotypic characters. In the frame of the project, we wish to examine the genetic variability of the Aspergillus genus from the subgeneric to the population level. Our aims are:
- production of a robust genus-wide phylogeny based on 10-12 gene sequences to get insight into the evolutionary relationships within this economically important genus;
- Clarification of the evolutionary relationships within Aspergillus sections not treated comprehensively in the last decades (Sections Aspergillus, Restricti, Nidulantes, Flavipedes, Cervini, Cremei);
- Phylogenomic studies to examine the evolutionary relationships among black Aspergilli, with special emphasize on the phylogenetic/taxonomic value of the given loci in distinguishing species (ie. to clarify which locus is useful as a secondary barcoding region), and participation in the genome annotation of genes taking part in secondary metabolite synthesis and reproduction;
- Analysis and comparison of the population structure of clinical and environmental Aspergillus flavus isolates.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The Aspergillus genus comprises about 350-370 species assigned to 8 subgenera and 24 sections. In this project we plan to examine the genetic variability of the Aspergillus genus from the subgeneric level to the population level using molecular data. Recently little progress has been made regarding the understanding of relationships among its subgeneric or sectional groups. We plan to prepare a robust genus-wide phylogeny based on 10-12 gene sequences to get insight into the evolutionary relationships within this economically important genus. Recently several of these sections have been analyzed using a polyphasic approach. We plan to clarify the evolutionary relationships within Aspergillus sections not treated comprehensively in the last decades (Sections Aspergillus, Restricti, Nidulantes, Flavipedes, Cervini, Cremei). At the species level, the ITS region of the rRNA gene cluster was chosen as the primary barcode for fungi. However, previous studies clarified that sequence data of this region are insufficient for exact species identification among Aspergilli. One of our aims is to identify a locus which can serve as a secondary DNA barcode for species identification among Aspergilli using a phylogenomic approach. We also plan to examine the population level relationships in clinical and environmental isolates of the economically important species A. flavus using molecular techniques to clarify if there is any subspecific clades related to the origin, host or aflatoxin producing abilities within this species.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Clarification of the taxonomy of the Aspergillus genus is of prime importance for scientists working on various fields. Identification of a genomic region which could be used unambiguously for species identification would be a valuable tool for clinicians for correct identification of pathogenic Aspergilli, as different species frequently have altered antifungal susceptibility profiles. Different species can produce different mycotoxins, so correct species identification is also important in the agriculture, food and feed industry. Getting insight into the population structure of the aflatoxin producing Aspergillus flavus could provide important data on the distribution, subspecific clustering and toxin producing abilities of this species in different habitats to reduce aflatoxin exposure and improve human health too. Critical polyphasic evaluation of the evolutionary relationships within sections Aspergillus, Nidulantes and others are also important. Finishing the work on these sections will enable us to compile a monograph on the Aspergillus genus which will be a valuable source of information for all scientists working with these fungi, similarly to the Aspergillus monograph published last time in 1965.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Aspergillus species are filamentous fungi which are important for mankind both as harmful and as useful organisms. They are responsible for a number of plant and human diseases and produce several mycotoxins like aflatoxins or ochratoxins, while some species are used for the production of various organic acids, enzymes and drugs. The aim of our proposal is to examine the genetic variability of the Aspergillus genus from the subgeneric level down to the population level to get insight into the evolutionary relationships of this genus. At the subgeneric level multilocus phylogenetic studies are planned using 10-12 loci in 100 isolates to clarify the evolutionary relationships of the different subspecific groups. We wish to examine the relationships within some of the 24 subspecific sections of the genus too using a so-called polyphasic approach (combining molecular, morphological, ecological and physiological data). At the species level, we plan to identify a genomic region which cen be used as target for correct DNA based idebtification of the different species. Finally, at the population level, we plan to examine the population structure of clinical and environmental isolates of the aflatoxin producing A. flavus species to clarify the subspecific architecture of the species, and to see if there is any correlation between the molecular clusters/populations and geographic origin, host, or aflatoxin producing abilities of the isolates.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| D J Despot; S Kocsubé; O Bencsik; A Kecskeméti; A Szekeres; Cs Vágvölgyi; J Varga; M S Klarić: Species diversity and cytotoxic potency of airborne sterigmatocystin-producing Aspergilli from the section Versicolores., Science of the Total Environment,2016, 562:296-304., doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.03.183., 2016 | | D J Despot, S Kocsubé, O Bencsik, A Kecskeméti, A Szekeres, Cs Vágvölgyi, J Varga, M Š Klarić: New sterigmatocystin-producing species of Aspergillus section Versicolores from indoor air in Croatia., Mycological Progress, 2017, 16:63–72. https://doi.org/10.1007/s11557-016-1250-4, 2017 | | A J Chen, J Varga, J C Frisvad, X Z Jiang, R A Samson: Polyphasic taxonomy of Aspergillus section Cervini., Studies in Mycology, 2016, 85:65–89. doi: 10.1016/j.simyco.2016.11.001, 2016 | | S Kocsubé, G Perrone, D Magistá, J Houbraken, J Varga, G Szigeti, V Hubka, S-B Hong, J C Frisvad, R A Samson: Aspergillus is monophyletic: Evidence from multiple gene phylogenies and extrolites profiles., Studies in Mycology, 2016, 85:199–203., doi: 10.1016/j.simyco.2016.11.006, 2016 | | A J Chen, J C Frisvad, B D Sun, J Varga, S Kocsubé, J Dijksterhuis, D H Kim, S-B Hong, J Houbraken, R A Samson: Aspergillus section Nidulantes (formerly Emericella): Polyphasic taxonomy, chemistry and biology., Studies in Mycology, 2016, 84:1–118. doi: 10.1016/j.simyco.2016.10.001, 2016 | | N Baranyi, S Kocsubé, D J Despot, M S Klarić, A Szekeres, O Bencsik, A Kecskeméti, P Manikandan, B Tóth, L Kredics, J M Khaled, N S Alharbi, C Vágvölgyi, J Varga: Combined genotyping strategy reveals structural differences between Aspergillus flavus lineages from different habitats impacting human health., Journal of Basic Microbiology 2017, 57:899-909. https://doi.org/10.1002/jobm.201700243, 2017 | | A J Chen, V Hubka, J C Frisvad, C M Visagie, J Houbraken, M Meijer, J Varga, R Demirel, Ž Jurjević, A Kubátová, F Sklenář, Y G Zhou, R A Samson: Polyphasic taxonomy of Aspergillus section Aspergillus (formerly Eurotium), and its occurrence in indoor environments and food, Studies in Mycology, 2017, 88:37-135. doi: 10.1016/j.simyco.2017.07.001, 2017 | | G E Giusiano, E Piontelli, M S Fernández, M L Mangiaterra, M E Cattana, S Kocsubé, J Varga: Biodiversity of species of Aspergillus section Fumigati in semi-desert soils in Argentina., Revista Argentina De Microbiologia, 2017, 49:247-254. doi: 10.1016/j.ram.2017.02.002, 2017 | | D Jakšić, S Kocsubé, O Bencsik, A Kecskeméti, A Szekeres, D Jelić, N Kopjar, C Vágvölgyi, J Varga, M Š Klarića: Fumonisin production and toxic capacity in airborne black Aspergilli., Toxicology In Vitro 2018, 53:160-171. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.08.006, 2018 | | G Endre, Z Hegedüs, A Turbat, B Škrbic, C Vágvölgyi, A Szekeres: Separation and purification of aflatoxins by centrifugal partition chromatography., Toxins 2019, 11:309. https://doi.org/10.3390/toxins11060309, 2019 | | D Jakšić, S Kocsubé, O Bencsik, A Kecskeméti, A Szekeres, D Jelić, N Kopjar, C Vágvölgyi, J Varga, M Š Klarić: Aflatoxin production and in vitro toxicity of Aspergilli section Flavi isolated from air samples collected from different environments, Mycotoxin Research 2019, 35:217-230. https://doi.org/10.1007/s12550-019-00345-z, 2019 | | Houbraken J, Kocsubé S, Visagie CM, Yilmaz N, Wang XC, Meijer M, Kraak B, Hubka V, Bensch K, Samson RA, Frisvad JC.: Classification of Aspergillus, Penicillium, Talaromyces and related genera (Eurotiales): An overview of families, genera, subgenera, sections, series and species., Studies in Mycology 95:5-169., 2020 | | N Baranyi, S Kocsubé, D J Despot, M S Klarić, A Szekeres, O Bencsik, A Kecskeméti, P Manikandan, B Tóth, L Kredics, J M Khaled, N S Alharbi, C Vágvölgyi, J Varga: Combined genotyping strategy reveals structural differences between Aspergillus flavus lineages from different habitats impacting human health., JOURNAL OF BASIC MICROBIOLOGY 57:(11) pp. 899-909., 2017 | | A J Chen, V Hubka, J C Frisvad, C M Visagie, J Houbraken, M Meijer, J Varga, R Demirel, Ž Jurjević, A Kubátová, F Sklenář, Y G Zhou, R A Samson: Polyphasic taxonomy of Aspergillus section Aspergillus (formerly Eurotium), and its occurrence in indoor environments and food, Studies in Mycology, 88: pp. 37-135., doi: 10.1016/j.simyco.2017.07.001, 2017 | | G E Giusiano, E Piontelli, M S Fernández, M L Mangiaterra, M E Cattana, S Kocsubé, J Varga: Biodiversity of species of Aspergillus section Fumigati in semi-desert soils in Argentina., Revista Argentina De Microbiologia, 49(3): pp. 247-254. doi: 10.1016/j.ram.2017.02.002, 2017 | | S Kocsubé, J Varga: Targeting conserved genes in Aspergillus species., In: Moretti A., Susca A. (eds) Mycotoxigenic Fungi. Methods in Molecular Biology, vol 1542. Humana Press, New York, NY, 2017 | | D Papp, A Kecskeméti, N Baranyi, S Kocsubé, K Shine, N S Alharbi, J M Khaled, Cs Vágvölgyi, A Szekeres: Investigation of fatty acids from Aspergillus strains., In: [Department of Public Health Faculty of Medicine University of Szeged] (szerk.) 19th Danube-Kris-Mures-Tisa (DKMT) Euroregional Conference on Environment and Health:, 2017 | | D Jakšić, S Kocsubé, O Bencsik, A Kecskeméti, A Szekeres, D Jelić, N Kopjar, C Vágvölgyi, J Varga, M Š Klarića: Fumonisin production and toxic capacity in airborne black Aspergilli, Toxicology In Vitro, 2018 | | G Endre, Z Hegedüs, A Turbat, B Škrbic, C Vágvölgyi, A Szekeres: Separation and purification of aflatoxins by centrifugal partition chromatography, Toxins, 2019 | | D Jakšić, S Kocsubé, O Bencsik, A Kecskeméti, A Szekeres, D Jelić, N Kopjar, C Vágvölgyi, J Varga, M Š Klarić: Aflatoxin production and in vitro toxicity of Aspergilli section Flavi isolated from air samples collected from different environments, Mycotoxin Research, 2019 | | D J Despot; S Kocsubé; O Bencsik; A Kecskeméti; A Szekeres; Cs Vágvölgyi; J Varga; M S Klarić: Species diversity and cytotoxic potency of airborne sterigmatocystin-producing Aspergilli from the section Versicolores., Science of the Total Environment, 562: pp. 296-304., doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.03.183., 2016 | | D J Despot, S Kocsubé, O Bencsik, A Kecskeméti, A Szekeres, Cs Vágvölgyi, J Varga, M Š Klarić: New sterigmatocystin-producing species of Aspergillus section Versicolores from indoor air in Croatia., Mycological Progress, doi:10.1007/s11557-016-1250-4, 2016 | | A J Chen, J Varga, J C Frisvad, X Z Jiang, R A Samson: Polyphasic taxonomy of Aspergillus section Cervini., Studies in Mycology, 85: pp. 65–89., doi: 10.1016/j.simyco.2016.11.001, 2016 | | S Kocsubé, G Perrone, D Magistá, J Houbraken, J Varga, G Szigeti, V Hubka, S-B Hong, J C Frisvad, R A Samson: Aspergillus is monophyletic: Evidence from multiple gene phylogenies and extrolites profiles., Studies in Mycology, 85: pp. 199–203., doi: 10.1016/j.simyco.2016.11.006, 2016 | | A J Chen, J C Frisvad, B D Sun, J Varga, S Kocsubé, J Dijksterhuis, D H Kim, S-B Hong, J Houbraken, R A Samson: Aspergillus section Nidulantes (formerly Emericella): Polyphasic taxonomy, chemistry and biology, Studies in Mycology, 84: pp. 1–118., doi: 10.1016/j.simyco.2016.10.001, 2016 | | N Baranyi, S Kocsubé, A Szekeres, O Bencsik, C Vágvölgyi, J Varga: Effects of climate change of the presence of aflatoxin producing Aspergillus species in Central Europe., 5th International Symposium 'Mycotoxins and Toxigenic Moulds: Challenges and Perspectives' Book of Abstracts p. 54. Ghent, Belgium, 2016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
