Neurospora: род аскомицетни гъби, модел за генетика и молекулярна биология

Neurospora — моделна аскомицетна гъба, ключова за генетиката и молекулярната биология: секвениран геном, Нобелова история и приложения в циркадни ритми, епигенетика и клетъчна биология.

Neurospora е род аскомицетни гъби. Най-известният вид от този род е Neurospora crassa, често използван моделен организъм в генетиката и молекулярната биология.

Първото публикувано съобщение за тази гъба е от 1843 г., когато е установено заразяване на френски пекарни. Оттогава наблюденията и експерименталните изследвания разширяват познанията за нейния морфологичен, физиологичен и генетичен характер.

Морфология и жизнен цикъл

Neurospora има предимно хаплоиден жизнен цикъл — това означава, че вегетативната мицелна фаза е хаплоидна, което значително опростява генетичния анализ, тъй като рецесивните алели се проявяват директно в фенотипа. Вегетативното размножаване се извършва чрез безполови спори (конидии), които лесно се произвеждат в култура. Половият цикъл включва образуване на перитеции (малки плодни тела), в които се развиват аскуси с обикновено осем аскоспори, подредени линейно — това подреждане прави възможен точен анализ на продуктите на мейозата и картографиране на генетични рекомбинации.

Някои характерни биологични особености:

• Наличието на две основни типове спарване (матинг типове), които позволяват кръстосване между съвместими щамове.
• Способност за образуване на хетерокариони — клетки с ядра от различен генотип, което е удобно за изучаване на взаимодействия между геноми.
• Феномени на вегетативна несъвместимост и механизми за контрол на сливането на клетки и разпространение на генетичен материал между нишките.

Роля в генетичните и молекулярни изследвания

N. crassa се използва като моделен организъм, тъй като е лесен за отглеждане в лабораторни условия, расте бързо върху прости хранителни среди и има удобен жизнен цикъл за генетични кръстосвания. Анализът на генетичната рекомбинация се улеснява от подреденото разположение на продуктите на мейозата в аскоспорите на Neurospora.

Знаменитите експерименти на Едуард Татум и Джордж Уелс Бидъл в техните експерименти, за които те получават Нобелова награда за физиология или медицина през 1958 г., използват N. crassa като основен модел. Beadle и Tatum изложили N. crassa на рентгенови лъчи, което довело до множество мутации. Те проследили метаболитни дефекти и стигнали до идеята за връзката между гени и ензими — хипотезата "един ген — един ензим", която по-късно била доразвита и конкретизирана от други изследователи.

Освен класическата генетика, Neurospora е дала ключови открития в области като:

• циркадни ритми — откриването и изучаването на гени като frq, които регулират биологичния часовник и цикъла на конидиация;
• епигенетика и заглушаване на гените — механизми като quelling (вегетативно потискане) и MSUD (meiotic silencing by unpaired DNA), които илюстрират RNA-зависими и други пътища за регулация на експресията;
• механизми на генетичен контрол — явления като RIP (repeat-induced point mutation), които защитават генома от повтори и мобилни елементи.

Геном и ресурси

В броя на Nature от 24 април 2003 г. се съобщава, че геномът на N. crassa е напълно секвениран. Геномът е дълъг около 43 мегабази и включва приблизително 10 000 гена, разпределени върху седем основни хромозоми. Това откриване улесни изследванията на генната функция, регулацията и еволюцията при гъбите.

След секвенирането бяха инициирани проекти за функционална геномика, включително създаване на щамове с генни нокаути за систематичен анализ на фенотипите — проект за създаване на щамове, съдържащи мутанти, които са нокаутирани от всеки ген на N. crassa. Наличието на колекции от щамове и детайлни геномни данни прави Neurospora предпочитан модел за широк кръг експериментални подходи.

Екология и приложение

В естествената си среда N. crassa живее предимно в тропическите и субтропическите райони. Често се открива върху мъртва растителна маса, особено след пожари, където може да колонизира въглеродно–богати остатъци. Устойчивостта и бързият растеж в такива условия правят вида интересен и за екологични изследвания.

Neurospora остава активно използвана в научните изследвания по целия свят. Тя е важна за изясняване на молекулярните събития, свързани с циркадните ритми, епигенетиката и заглушаването на гените, клетъчната полярност, сливането на клетките, развитието, както и за много аспекти на клетъчната биология и биохимията.

Щамове и други материали за работа с Neurospora са на разположение в Центъра за генетични запаси на гъбички (Fungal Genetics Stock Center) и в други колекции, което улеснява достъпа на изследователи до стандартни и мутантни линии за експерименти.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява Neurospora?

В: Кога е публикувано първото описание на тази гъба?

В: Защо N. crassa се използва като моделен организъм?

Въпрос: Какво печелят Едуард Татум и Джордж Уелс Бидъл за експериментите си върху N. crassa?

В: Колко дълъг е геномът ѝ?

В: Какъв проект предприемат учените по отношение на N. crassa?

В: В каква среда може да се открие естествено развиваща се Neurospora?

Търсене по буква