Как нитчатые грибы определяют, чем питаться

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли применили мультиомиксный подход, чтобы реконструировать и смоделировать пути регуляции генов у нитчатого гриба Neurospora crassa. Они выяснили, как гриб идентифицирует и определяет порядок расщепления компонентов клеточной стенки растений, таких как лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.

N. crassa — модельный организм для нитчатых грибов. Все они обладают широким набором ферментов, разлагающих клеточную стенку растений (PCWDEs), что позволяет им эффективно разрушать разнообразные компоненты растительной биомассы. Это представляет интерес для исследователей в области биоэнергетики, стремящихся улучшить промышленное производство устойчивых биотоплив и биопродуктов. Нитчатые грибы также используются в биотехнологической индустрии для производства ферментов, белков и других химических веществ.

Когда гриб сталкивается с целым «буфетом» источников углерода, он определяет, какие сложные полимеры доступны. Эта информация запускает регуляторные пути, которые решают, какие ферменты и в каком порядке следует задействовать для наиболее эффективного разложения биомассы.

Чтобы изучить эти регуляторные сети у N. crassa, команда под руководством Н. Луизы Гласс и её постдока Винсента Ву сотрудничала с исследователями из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI). Работа стала возможной благодаря Программе поддержки научных сообществ JGI, в рамках предложения, аналогичного проекту ENCODE (Энциклопедия элементов ДНК).

Первая статья, интегрирующая мультиомиксные данные этого «грибного ENCODE», была недавно опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследователи применили несколько омиксных технологий для реконструкции и моделирования сетей регуляции генов в ответ на доступные источники углерода — от простых сахаров до растительной биомассы.

Одной из ключевых технологий стал метод DAP-seq — высокопроизводительный метод идентификации сайтов связывания белков с ДНК с помощью аффинной очистки. Он позволил команде определить прямые сайты связывания многих транскрипционных факторов, чтобы лучше понять, как нитчатые грибы получают питательные вещества и метаболизируют углерод.

Эта работа также предлагает новый подход к аннотации генов, который можно углублённо исследовать для множества модельных организмов и их близких родственников по всему древу жизни грибов, обогащая исследования в рамках проекта «1000 грибных геномов».