Дефект клеточного дыхания лишает сумчатых грибов плодовитости

Если грибу приходится использовать окольный путь для клеточного дыхания, у него не хватает энергии на формирование плодовых тел.

Образование плодовых тел для полового размножения — ключевой процесс развития у грибов. Несмотря на применение генетических методов, позволивших выявить множество факторов, участвующих в этом процессе, механизмы регуляции формирования разных типов клеток остаются неясными.

Исследовательская группа из Бохума и Франкфурта получила новые данные, изучая мутантный сумчатый гриб, который является бесплодным. У мутанта нарушена дыхательная цепь, что лишает его энергии, необходимой для образования плодовых тел. Результаты опубликованы на обложке октябрьского номера Journal of Fungi.

Более 100 мутантов

Sordaria macrospora — модельная система для изучения развития плодовых тел у сумчатых грибов (филаментозных аскомицетов). В 1990-х годах с помощью обычного мутагенеза для этого гриба было получено более 100 мутантов по развитию.

Доцент д-р Инес Тайхерт из группы общей и молекулярной ботаники факультета биологии и биотехнологии Рурского университета в Бохуме (Германия) совместно с д-ром Андреа Хамманн и профессором Хайнцем Д. Озивачем из Университета Гёте во Франкфурте изучала один из таких мутантов — pro34. В отличие от дикого типа, этот мутант не образует зрелых плодовых тел и половых спор, а также имеет более низкую скорость роста.

Секвенирование генома выявило у мутанта крупную делецию в гене, который назвали pro34. У дикого штамма этот ген подвергается РНК-редактированию во время формирования плодовых тел, что приводит к появлению нового варианта РНК и белка, который может иметь специфическую функцию.

Компенсация дефекта требует энергии

Какова же функция белка PRO34? «С помощью флуоресцентной микроскопии мы успешно локализовали PRO34 в митохондриях», — объясняет Инес Тайхерт. В этих органеллах находится дыхательная цепь — ряд белковых комплексов, которые, упрощённо, помогают генерировать энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ). У мутанта отсутствует один из этих комплексов.

Тем не менее, мутант жизнеспособен, поскольку грибы, как и растения, обладают различными альтернативными путями в митохондриальной дыхательной цепи для компенсации подобных дефектов. «Однако этой компенсации недостаточно, чтобы покрыть высокие энергетические потребности во время формирования плодовых тел, поэтому мутант остаётся стерильным», — говорит Инес Тайхерт.

Неожиданным открытием стало то, что в мутанте pro34 также активируется так называемая альтернативная оксидаза (AOX). «Согласно предыдущим данным, AOX обычно компенсирует другие дефекты и, следовательно, должна выполнять дополнительные функции», — отмечает Инес Тайхерт.

Авторы предполагают, что AOX может выполнять защитную функцию против окислительного стресса, поскольку дефект в митохондриальной дыхательной цепи приводит к усиленному образованию кислородных радикалов. «Также возможно, что AOX помогает в сборке определённых митохондриальных комплексов», — считают авторы. «Следовательно, мутант pro34 — отличная отправная точка для последующего анализа».