Анализ генетической активности во всём геноме многоклеточных грибов за один подход
Биологи из Рурского университета, комбинируя микроскопические лазерные ножницы и современные методы секвенирования, проанализировали активность генов во всём геноме определённых грибов за один раз. Особой проблемой для организмов миллиметрового размера является малое количество доступного клеточного материала. Учёные из отдела общей и молекулярной ботаники RUB использовали этот метод для исследования развития небольших многоклеточных грибов.
Результаты опубликованы в журнале BMC Genomics.
Активность генов различается в разных тканях
В многоклеточных организмах каждая клетка содержит одинаковый генетический материал, однако часто активна (экспрессируется) лишь часть генов. Эти различия в экспрессии генов являются причиной вариаций в структуре и физиологии клеток. Таким образом, экспрессия генов — ключ к пониманию развития многоклеточных организмов. «У крупных организмов, таких как растения, обычно нет проблем с получением достаточного количества исходного материала для изучения экспрессии генов, — объясняет д-р Мину Новрузиан. — У микроорганизмов органы часто состоят всего из нескольких клеток и могут быть погружены в другие ткани, от которых их трудно отделить». Поэтому биологи из исследовательских групп проф. д-ра Ульриха Кюка и Мину Новрузиан объединили лазерную микродиссекцию с современными технологиями секвенирования, чтобы проанализировать активность генов во время развития половых структур грибов размером всего 0,5 мм.
Принцип работы лазерной микродиссекции
При лазерной микродиссекции учёные с помощью лазерного луча вырезают определённые области образца под световым микроскопом. С помощью этих лазерных мини-ножниц исследователи из RUB собрали плодовые тела (половые структуры) гриба Sordaria macrospora, который десятилетиями используется в качестве модельного организма в биологии развития. Из плодовых тел они выделили РНК, которая отражает активность генов. С помощью секвенирования нового поколения они одновременно охарактеризовали активность всех генов генома.
Транскрипционный фактор контролирует генетическую активность в молодых плодовых телах
Исследователи из Бохума сравнили дикий тип гриба с мутантной формой, у которой нет зрелых плодовых тел, то есть которая не способна к половому размножению. Для этого они изучили экспрессию генов в молодых, незрелых плодовых телах. Они показали, что некоторые специфичные для плодового тела гены не активируются у мутанта. Дефектный ген содержит «инструкцию по сборке» так называемого транскрипционного фактора — белка, который включает или выключает другие гены. Команда RUB также обнаружила, что плодовое тело имеет совершенно иной паттерн генетической активности по сравнению с нерепродуктивной тканью. «С помощью новой комбинации методов мы хотим исследовать активность генов у других мутантов и на других стадиях развития, чтобы лучше понять молекулярные механизмы многоклеточного развития у грибов», — заявил проф. Кюк.
Экологическое и экономическое значение грибов
Грибы оказывают огромное влияние практически на все экосистемы. Они вносят значительный вклад в сокращение отходов животного и растительного происхождения и тем самым способствуют глобальному углеродному циклу. Некоторые виды живут в симбиозе с растениями или животными, другие являются патогенами. В химической и фармацевтической промышленности грибы используются для производства антибиотиков и ферментов. Формирование патогенных или симбиотических взаимодействий и производство лекарств или биотехнологических веществ часто связаны с определёнными стадиями жизненного цикла гриба. Поэтому анализ развития важен не только для фундаментальных исследований, но и для промышленного применения.