Дрожжи объединили программы спаривания и мейоза

С точки зрения биологии, одни из самых экзотических форм половой жизни можно найти у грибов. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, раскрывает неожиданный механизм у дрожжей Candida lusitaniae.

В отличие от многих видов Candida, C. lusitaniae предпочитает гаплоидный «образ жизни» (одна копия хромосом в клетке). Учёные из Университета Брауна сравнили, как у этого вида регуляция генов контролирует спаривание и мейоз (процесс образования гаплоидных клеток из диплоидных), с родственными диплоидными дрожжами Saccharomyces cerevisiae (пивные дрожжи).

Ключевое открытие: у пивных дрожжей гены, отвечающие за мейоз и спаривание, работают независимо и активируются только в ходе своего процесса. Однако у C. lusitaniae учёные обнаружили, что гены, связанные с мейозом, экспрессируются и во время спаривания, и наоборот. Эти две генетические программы оказались по сути слиты в одну.

«Мы видели, что гены, которые должны были экспрессироваться только при спаривании, также работали при мейозе, и наоборот. Ни у одного другого охарактеризованного близкородственного вида такого не наблюдалось», — сказал автор исследования Ричард Беннетт.

Это подтвердили не только анализом экспрессии генов, но и «отключением» (нокаутом) генов. У C. lusitaniae выключение генов, которые у пивных дрожжей отвечают только за мейоз (например, IME2) или только за спаривание (например, STE12), блокировало оба процесса. Их восстановление восстанавливало и спаривание, и мейоз.

Эволюционная перестройка. Похоже, в ходе эволюции C. lusitaniae полностью перестроила свою репродуктивную программу по сравнению с «кузеном». Интересно, что аналогичная слитая программа обнаружена у другого гаплоидного дрожжевого грибка — Schizosaccharomyces pombe. Однако S. pombe и C. lusitaniae — очень дальние родственники, чья эволюция разошлась как минимум 330 миллионов лет назад.

Тот факт, что два столь отдалённых гаплоидных вида независимо эволюционировали схожим образом, указывает на возможное эволюционное преимущество такой слитой программы. Гипотеза Беннетта: объединение спаривания и мейоза помогает эффективно разделять диплоидные продукты спаривания, что даёт преимущество в поддержании гаплоидного образа жизни.

Это открытие подчёркивает, что грибы демонстрируют огромное разнообразие и гибкость репродуктивных стратегий, а гены, вовлечённые в половое размножение, эволюционируют особенно быстро.