Neurospora – modellgomba és N. crassa: genetika, genom, kutatás

Neurospora és N. crassa: modellgomba a genetika és genom kutatás élén — Nobel-díjas eredmények, cirkadián ritmus, génszabályozás és ~10 000 gén áttekintése.

A Neurospora az aszkomycéta gombák nemzetségébe tartozik. A nemzetség legismertebb faja a Neurospora crassa, amely a genetika és a molekuláris biológia gyakori modellorganizmusa.

Az első publikált beszámoló erről a gombáról egy 1843-as francia pékségek fertőzéséről szólt.

A N. crassa-t modellszervezetként használják, mert könnyen termeszthető, és haploid életciklusa egyszerűvé teszi a genetikai elemzést, mivel a recesszív tulajdonságok megjelennek az utódokban. A genetikai rekombináció elemzését megkönnyíti a meiózis termékeinek rendezett elrendezése a Neurospora aszkospórákban. A hét kromoszómából álló teljes genomját szekvenálták.

A Neurosporát Edward Tatum és George Wells Beadle használta kísérleteiben, amelyekért 1958-ban elnyerték az Orvosi vagy Fiziológiai Nobel-díjat. Beadle és Tatum az N. crassa-t röntgensugárzásnak tették ki, ami mutációkat okozott. Ezután megfigyelték az anyagcserefolyamatok hibáit, amelyeket bizonyos enzimek hibái okoztak. Ez vezetett ahhoz, hogy felvetették az "egy gén, egy enzim" hipotézist, amely szerint a specifikus gének specifikus fehérjéket kódolnak. Hipotézisüket később Norman Horowitz, aki szintén a Neurosporán dolgozott, enzimútvonalakra dolgozta ki.

A Nature 2003. április 24-i számában a N. crassa genomjának teljes szekvenálásáról számoltak be. A genom körülbelül 43 megabázis hosszú, és körülbelül 10 000 gént tartalmaz. Folyamatban van egy projekt, amelynek célja olyan törzsek előállítása, amelyek minden N. crassa gén kiütéses mutánsát tartalmazzák.

A N. crassa természetes környezetében főként trópusi és szubtrópusi régiókban él. Tűzvészek után elhalt növényi anyagokon is megtalálható. A Neurospora-t világszerte aktívan használják a kutatásban. Fontos szerepet játszik a cirkadián ritmusban, az epigenetikában és a géncsendítésben, a sejtpolaritásban, a sejtfúzióban, a fejlődésben, valamint a sejtbiológia és a biokémia számos aspektusában szerepet játszó molekuláris események felderítésében.

A Neurospora törzsek és egyéb, a Neurosporával való munkához szükséges anyagok a Fungal Genetics Stock Centerben kaphatók.

Rövid kiegészítés a rendszertanról és életciklusról

Neurospora crassa heterothallic faj: két különböző ivari típus létezik, amelyeket általában A és a betűvel jelölnek. Az ivaros ciklus során periteciumnak nevezett gyümölcsöző testek alakulnak ki, amelyekben aszkuszok képződnek, és az aszkospórák rendezett (sorrendiség megfigyelhető) elrendezése lehetővé teszi a meiózis utáni rekombináció részletes vizsgálatát. A gomba vegetatív, haploid állapotban nő és osztódik, a sejtek közti fúziók és konídiumok (aszexuális spórák) képzése könnyen megfigyelhető laboratóriumi körülmények között.

Genetika, genom és molekuláris jelenségek

• Genetikai előnyök: a haploid életciklus miatt a recesszív mutációk fenotípusa közvetlenül megfigyelhető, a rendezett aszkospóra-sorrend pedig klasszikus tetrád- (illetve octad-) analízist tesz lehetővé.
• Genom: a teljes nukleáris genom mintegy 43 Mb, hét kromoszómára oszlott, és körülbelül 10 000 prediktált fehérjekódoló gént tartalmaz. Emellett jellegzetes mitokondriális genomja is van.
• Genetikai eszközök: könnyű a transzformáció (pl. protoplaszt-transzformáció), géncélzás és génkiütés, valamint molekuláris markerekkel végzett analízisek elvégzése. Különböző mutant- és marker-törzsek, valamint teljes génkiütéses (deletion) készletek állnak rendelkezésre a kutatók számára.
• Speciális jelenségek: a Neurosporában felfedezték és részben jellemzik a Repeat-Induced Point mutation (RIP) mechanizmust, amely a szexuális ciklus során a duplikált DNS-szakaszokat torzítja és mutálja — fontos szerepe van a genom stabilitásában. További jelenségek: MSUD (meiotic silencing by unpaired DNA), valamint az úgynevezett "quelling" és az RNA-alapú géncsendesítés útvonalai, amelyek hozzájárultak az RNAi és epigenetikai mechanizmusok megértéséhez.
• Cirkadián óra: a Neurospora hozzájárult a belső órát szabályozó gének (például a frq és a white collar gének, wc-1 és wc-2) felfedezéséhez és funkciójuk tisztázásához, ezáltal alapvető modell lett a cirkadián ritmus tanulmányozásában.

Történeti és tudományos jelentőség

Beadle és Tatum kísérletei paradigmaváltást hoztak a genetikai kutatásban: az "egy gén — egy enzim" elmélet előrevetítette a génfunkciók és metabolikus utak közötti kapcsolatokat, és megalapozta a genetika modern felfogását. Azóta a Neurospora kutatása sok más alapvető biológiai kérdést is megvilágított, különösen a génszabályozást, sejtfejlődést és sejthálózati folyamatokat illetően.

Kutatási alkalmazások és gyakorlati tudnivalók

• Neurospora törzsek és genetikai erőforrások széles körben elérhetők a Fungal Genetics Stock Centerben (FGSC).
• Laboratóriumi tenyésztése egyszerű: általánosan használt táptalaj a Vogel-féle minimális médium, gyors növekedés és könnyű spóra-előállítás jellemzi.
• Általában alacsony kockázatú, nem patogén modellorganizmusként kezelik (laboratóriumi munkához tipikusan BSL-1 biztonsági előírások érvényesek), de mindig be kell tartani az intézményi biosafety szabályokat.

Források és további információk

A Neurospora-kutatás dinamikus terület: a genom annotációk, törzsgyűjtemények, funkcionális genomikai projektek és adatbázisok (pl. különböző gombaadatbázisok, FungiDB, stb.) folyamatosan frissülnek. A fent említett történeti és genomikai eredmények alapvetőek, de a területhez kapcsolódó irodalom és online erőforrások további részleteket kínálnak a módszerekről és elérhető törzsekről.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a Neurospora?

K: Mikor jelent meg az első publikált beszámoló erről a gombáról?

K: Miért használják a N. crassa-t modellszervezetként?

K: Mit nyert Edward Tatum és George Wells Beadle a N. crassa-val végzett kísérleteikért?

K: Milyen hosszú a genomja?

K: Milyen projektet folytatnak a tudósok az N. crassa-val kapcsolatban?

K: Milyen környezetben található meg a Neurospora a természetben?

Keresés betűvel