Neurospora crassa: история и особенности организма
Нитчатый гриб Neurospora crassa ( рис. 6.9 и рис. 6.10 ) впервые сделан экспериментальным организмом Доджем (Dodge) в конце 1920-х годов и примерно 10 годами позже приспособлен Биллом и Тейтумом (Beadle и Tatum) для своих знаменитых исследований в рамках концепции "один ген - один белок", связывающих биохимию и генетику ( Davis, 2000 ). Бидл и Тейтум выбрали Neurospora отчасти потому, что этот организм быстро растет и легко размножается на ростовых средах определенного состава, а также потому, что на Neurospora просто выполнять такие генетические манипуляции, как мутагенез, тесты на комплементацию и картирование. Neurospora, хотя и не столь широко используется, как некоторые модельные эукариоты, продолжает привлекать исследователей в силу ее умеренной сложности и потому, что она хорошо подходит для разнообразных генетических, эмбриологических [developmental] и субклеточных исследований ( Borkovich et al., 2004 ). Neurospora оказалась особенно полезной для исследований по фотобиологии, циркадным ритмам, популяционной биологии, морфогенезу, митохондриальному импорту, репарации и рекомбинации ДНК, метилированию ДНК и другим эпигенетическим процессам.
Жизненный цикл N. crassa проиллюстрирован на рис. 6.9 . Вегететивная фаза начинается, когда либо половая спора (аскоспора) , либо бесполая спора (конидий) прорастают, давая начало многоядерной клетке, которая формирует разветвляющиеся нити (гифы ; рис. 6.10 В). Два типа спаривания (A и а) морфологически неразличимы ( рис. 6.10 Б). Для прорастания аскоспор требуется тепловой шок, что удобно, тогда как конидии прорастают спонтанно. Система гиф быстро распространяется (линейный рост более 5 мм в час при 37*С), образуя "мицелий". После того как мицелий хорошо развился, образуются воздушные гифы, продуцирующие многочисленные оранжевые конидии, характерные для этого организма ( рис. 6.10 А, Б). Конидии, содержащие от одного до нескольких ядер каждый, могут либо служить началом новых вегетативных культур, либо осуществлять оплодотворение в скрещиваниях. Если питательные вещества ограничены, Neurospora готовится вступить в половую фазу своего цикла, продуцируя заново образующиеся плодовые тела ("протоперитеции") . Когда специализированная гифа (" трихогина "), выступающая из протоперитециума, контактирует с тканью противоположного типа спаривания, ядро подхватывается [is picked up] и транспортируется обратно в протоперитеций. Половая фаза Neurospora и других нитчатых аскомицетов отличается от таковой у дрожжей тем, что имеет продолжительную гетерокариотическую фазу между оплодотворением и кариогамией (слиянием ядер) . Гетерокариотические клетки, получающиеся в результате оплодотворения, разрастаются в развивающийся перитеций . При конечных делениях эти клетки двухъядерные и содержат по одному ядру каждого типа спаривания. Эти клетки изгибаются, образуя крючковидные клетки ("crozier" - "епископский посох"), происходит последний митоз, дающий четыре ядра, и создаются септы , давая одну двухъядерную клетку в крючке "посоха". Эта клетка дает начало аску . Генетический анализ показал, что, в целом, около 100 асков (или более) перитеция происходят от одного материнского и одного отцовского ядра. Когда происходит кариогамия, получающееся диплоидное ядро немедленно вступает в мейоз. Таким образом, диплоидная фаза жизненного цикла непродолжительна и ограничена одной клеткой. Продукты мейоза претерпевают одно митотическое деление, а затем упаковываются в аскоспоры и в развивающихся аскоспорах проходят дополнительные митозы (см. рис. 6.9 и Davis, 2000 ).
Геном N. crassa (порядка 40 млн о.) состоит из семи хромосом с примерно 10000 предсказанными генами, кодирующими белки ( Galagan et al., 2003 ), и общей длиной генетической карты, равной, огрубленно, 1000 единицам ( Perkins et al., 2001 ). Лишь около 10% этого генома состоят из повторяющейся ДНК, и, помимо тандемного порядка из приблизительно 70 копий сегмента рДНК длиной около 9 т.н., кодирующего три большие рРНК, большая часть повторяющейся ДНК состоит из инактивированных перемещающихся элементов. Тот факт, что большинство штаммов Neurospora не имеет активных транспозонов и имеет очень мало близких паралогов, почти наверняка отражает действие RIP , первой открытой у эукариот системы защиты генома, зависящей от гомологии ( Selker, 1990 ). Мы знаем, что у Neurospora имеются по крайней мере три процесса сайленсинга генов , которые должны служить для консервации структуры генома: RIP , подавление (quelling) и MSUD ( Borkovich et al., 2004 ). У всех этих процессов имеются эпигенетические аспекты и все они имеют прямые или косвенные связи с метилированием ДНК - базовым эпигенетическим механизмом, обнаруживаемым у Neurospora и многих других эукариот.
Мы обсудим метилирование ДНК, а затем RIP, подавление (quelling) и MSUD.
