Грибы белой плесени разделяют свой геном между несколькими ядрами, что важно для будущего редактирования генов

Геном содержит полную библиотеку информации, необходимой для построения и поддержания живого организма. У эукариот геномы хранятся в ядрах, где они организованы в хромосомы. Ранее считалось, что каждое ядро содержит хотя бы один полный набор хромосом — правило «одно ядро — один полный геном».

Однако исследование показало, что у двух видов грибов их геномы могут быть разделены между несколькими ядрами, причём каждое ядро получает только часть от общего числа хромосом.

Неожиданное открытие

Лаборатория в Университете Британской Колумбии изучала гриб Sclerotinia sclerotiorum — почвенного патогена, вызывающего белую плесень у таких культур, как рапс, соя и подсолнечник.

Было сделано открытие об организации 16 хромосом S. sclerotiorum во время деления клеток и размножения.

Споры S. sclerotiorum, известные как аскоспоры, содержат по два отдельных ядра. Ранее предполагалось, что каждое ядро гаплоидное и содержит полный набор из 16 хромосом, то есть каждая аскоспора содержит 32 хромосомы, как диплоидная клетка.

С помощью флуоресцентной микроскопии удалось непосредственно подсчитать количество хромосом в одной аскоспоре. Удивительно, но постоянно наблюдалось только 16 хромосом на аскоспору, что противоречило предсказанным 32.

Кроме того, с помощью флуоресцентных зондов, меченных на определённые хромосомы, было обнаружено, что два ядра в аскоспоре содержат разные хромосомы. Аскоспоры содержат один набор из 16 хромосом, разделённый между двумя ядрами, а не полный набор в каждом ядре.

Неупорядоченное разделение

Следующий вопрос заключался в том, случайно ли 16 хромосом распределяются между двумя ядрами или это разделение следует регулярной схеме.

Для ответа на него отдельные ядра были изолированы, а присутствие хромосом определено с помощью анализа полимеразной цепной реакции (ПЦР). Было обнаружено, что хромосомный состав варьируется среди ядер, что указывает на нерегулярный характер разделения хромосом.

Затем исследование было распространено на другой вид патогенных грибов — Botrytis cinerea (из того же семейства). B. cinerea производит конидиальные споры, обычно с четырьмя-шестью ядрами. С помощью аналогичных методов было обнаружено, что 18 хромосом генома B. cinerea аналогичным образом разделены между ядрами, причём каждое ядро обычно несёт от трёх до восьми хромосом.

Это наблюдение показало, что «разделение» гаплоидного генома между ядрами происходит у нескольких фитопатогенных грибов.

Неизвестный механизм

Наблюдение того, что гаплоидные геномы S. sclerotiorum и B. cinerea разделены между ядрами, ставит вопрос о том, как это разделение функционирует в остальной части жизненного цикла гриба.

Для производства следующего поколения этим грибам необходимо восстановить диплоидную клетку с полным набором хромосом. Предположительно, это требует слияния ядер с комплементарными хромосомами для воссоединения генома.

Возможно, простейшим объяснением был бы отбор по жизнеспособности: ядра могут сливаться случайно, но только те, у которых есть полный геном, дадут жизнеспособные аскоспоры. Более привлекательный сценарий предполагает наличие какого-либо механизма, удерживающего комплементарные ядра вместе после начального деления.

Будущая работа должна дать ответы на эти вопросы и расширить понимание фундаментальной динамики ядер и их геномов. Это улучшенное понимание позволит произвести революцию в редактировании генов, давая исследователям возможность манипулировать хромосомами и ядрами по своему желанию.