Neurospora (N. crassa): modelinis grybas genetikoje ir molekulinėje biologijoje

Neurospora crassa – modelinis grybas genetikoje ir molekulinėje biologijoje; Nobelio prizas, sekvenuotas genomas, esminis genų funkcijų, cirkadinių ritmų ir epigenetikos tyrimams.

Neurospora yra askomicetinių grybų gentis. Geriausiai žinoma šios genties rūšis yra Neurospora crassa, kuri yra dažnas modelinis organizmas genetikoje ir molekulinėje biologijoje. Ji išsiskiria paprastu biologiniu ciklu, patogumu laboratoriniam auginimui ir plėtra į daugelyje biologijos sričių – nuo klasikinės genetikos iki molekulinių mechanizmų tyrimų.

Istorija ir reikšmė mokslui

Pirmą kartą apie šį grybą paskelbta 1843 m., kai buvo užkrėstos Prancūzijos kepyklos. XX a. viduryje N. crassa plačiai pradėta naudoti kaip modelinis organizmas klasikinėms genetinėms studijoms. Ypač svarbūs buvo Edwardas Tatumas ir George'as Wellsas Beadle'as, kurie dirbo su N. crassa: jie veikė grybą rentgeno spinduliais, sukeldami mutacijas, ir nustatė, kad tam tikros mutacijos iškreipia metabolinius kelius. Už šiuos darbus 1958 m. jiems buvo suteikta Nobelio fiziologijos ar medicinos premija. Jie suformulavo hipotezę „vienas genas – vienas fermentas“, kuri vėliau, tarp kitų, buvo išplėsta iki fermentinių kelių (Norman Horowitz).

Biologija ir gyvavimo ciklas

Neurospora crassa vegetacinė stadija yra micelis (hifai), o asexuales platinasi konidijomis (konidijomis susidarančios sporos). Seksualinis ciklas apima dvi heteroseksualias mating type aleles (mat A ir mat a); kryžminimosi metu susidaro peritecijai (sėklidės), kuriuose susiformuoja askai su 8 askosporomis. Askosporos dažnai yra išsidėsčiusios eilute (ordinuoti askai), todėl mejozės produktų tvarkingas išsidėstymas leidžia tiksliai analizuoti genetinę rekombinaciją ir atlikti genų kartografiją pagal ordenuotų askosporų sekas. Kadangi vegetacinė stadija dažniausiai yra haploidinė, genetinė analizė yra paprasta – recesyviniai mutantiniai požymiai atsiskleidžia tiesiogiai palikuoniuose.

Genetika, molekuliniai metodai ir panaudojimas

• Genomas: N. crassa genomas sudarytas iš septynių chromosomų ir 2003 m. visiškai sekvenuotas. Genomo ilgis yra apie 43 megabazės, jame užfiksuota ~10 000 genų.
• Genetinės priemonės: lengva kultivuoti, daug mutantų (auxotrofų, baltymų trūkumo, morfologinių mutantų) ir genetikos metodų – komplementacijos testai, gryninimas, kryžminimas, genetinis žemėlapiavimas naudojant ordenuotus askus.
• Molekulinės priemonės: efektyvi transformacija, genų nukreiptas knockout naudojant homologinę rekombinaciją, dabar plačiai taikomas ir CRISPR/Cas sistema. Yra prieinami plazmidiniai vektoriai, promotorių rinkiniai, baltymų žymėjimo ir ekspresijos sistemos.
• Specialios biologinės savybės: tyrinėjama cirkadinė sistema (pvz., frq, wc-1, wc-2 genai), epigenetiniai reiškiniai, genų nutildymas („quelling“), ląstelių susiliejimas, heterokarijonų sudarymas ir vegetacinė nesuderinamumas (het genai).

Genomo projektai ir ištekliai

2003 m. balandžio 24 d. žurnale "Nature" paskelbta, kad N. crassa genomas yra visiškai sekvenuotas. Po to buvo vykdomi dideli tarptautiniai projektai: vienas reikšmingiausių – masyvus genų nokautavimo (delete) projektas, kurio tikslas – sukurti kamienus su atskiromis genų delecijomis. Daug tokių kamienų saugoma ir platinama per Grybų genetikos išteklių centrą (Fungal Genetics Stock Center), kuriame galima rasti padermių bei kitų reagų darbui su Neurospora.

Ekologija ir natūralios buveinės

Natūralioje aplinkoje N. crassa daugiausia gyvena tropiniuose ir subtropiniuose regionuose. Dažnai ją aptikti ant negyvų augalų liekanų po gaisrų arba ant smulkiai susmulkėjusios organinės medžiagos. Ji sėkmingai kolonizuoja aplinką, kurioje yra daug organinio anglies ir šiltesnės sąlygos.

Laboratorinis darbas ir sauga

Auginimas: laboratorijose N. crassa auginama paprastose sintetinių skysčių arba agarinių terpėse (dažnai naudojamas Vogel's agar / Vogel's medium). Konidijos lengvai atskiriamos ir panaudojamos strainų ilgalaikei saugojimui; askosporos gali būti sodinamos po terminiu aktyvavimu, kai tai reikalinga.

Sauga: N. crassa paprastai laikoma BSL-1 organizmu – nesukelia rimtų ligų sveikiems žmonėms ir paprastai yra saugi moksliniams tyrimams. Vis dėlto laboratorinio darbo metu taikomos standartinės mikrobiologinės saugos ir sterilaus darbo procedūros.

Praktinė reikšmė ir naujausi tyrimai

Neurospora ištiriama ne tik klasikinei genetikai, bet ir kaip modelis cirkadinių ritmų molekuliniams mechanizmams (pvz., periodinių baltymų reguliacija), epigenetinėms reguliavimo grandinėms, genų nutildymui (RNAi tipe procesai), ląstelių morfologijos ir vystymosi mechanizmams, streso atsakams bei metabolizmo reguliacijai. Dėl gerai išvystytų genetinių ir molekulinių priemonių N. crassa išlieka svarbi ir aktyviai naudojama moksliniams tyrimams visame pasaulyje.

Padermių ir kitos medžiagos, skirtos darbui su Neurospora, galima rasti Grybų genetikos išteklių centre.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra neurospora?

K.: Kada pirmą kartą buvo paskelbta apie šį grybą?

K: Kodėl N. crassa naudojamas kaip pavyzdinis organizmas?

K: Ką laimėjo Edvardas Tatumas ir Džordžas Velsas Beadlis už savo eksperimentus su N. crassa?

K: Kokio ilgio yra jos genomas?

K: Kokį projektą mokslininkai vykdo su N. crassa?

K.: Kokioje aplinkoje Neurospora gali natūraliai augti?

Paieška pagal raidę