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2018
02-06

在有毒的真菌中发现同性交配


根据杜克大学医学中心霍华德·休斯医学研究所的研究人员发现传染性真菌违抗有性繁殖的最基本的宗旨 - 即成功的交配需要异性的个人。

在2005年4月21日的“自然”期刊上,研究人员报告说,在感染性真菌新型隐球菌中,同一个“性别”的成员可以交配产生后代。研究人员说,真菌感染可以证明人类有生命危险,这些发现可能会提高人们对传染过程的真菌生物学的理解。他们说,发现同性交配也可能有助于阐明控制性进化的基本原则。

HHMI研究人员,高级作者,杜克大学医学博士,研究员Joseph Heitman博士说:“通常情况下性是有益的,它可以产生具有不同基因组合的后代,从而更快地适应新的环境。

“这一发现首次表明,真菌已经开发出一种新型的性周期,允许在相同交配类型的成员之间进行有性繁殖”,他补充说。 “这种能力可能赋予真菌优势,因为感染它的患者主要拥有单一交配类型,降低了正常真菌有性繁殖的可能性。”

潜在威胁生命的真菌C. neoformans侵入中枢神经系统疾病,最常见的是免疫受损的患者,如器官移植受者和癌症患者 - 其免疫系统受到免疫抑制药物或化疗的摧残 - 以及艾滋病毒/艾滋病患者。因此,作为健康威胁的真菌在全球范围内的重要性与此类疗法的增加以及全球艾滋病毒/艾滋病的流行并行而上升。

在植物和动物中,性身份是由性染色体控制的。然而,在真菌中,性别认同是由所谓的“交配型基因座”决定的,这些基因是连续排列的,但是通常不跨越整个染色体。 C. neoformans存在两种交配类型,α和α,由单个遗传区域或基因座决定。

本研究的主要作者和杜克大学博士后林晓荣博士表示,大多数真菌分离株为α新型交配型。林说:“有机体,包括真菌,通常以大约一比一的比例存在。 “然而,在新型隐球菌中,一种交配类型占主导地位,使得它们几乎没有交配机会。这是一个谜。“

在1996年,另一个小组发现,这些α分离株可以进行结实和产生孢子,一个类似于有性生殖的过程。然而,研究人员认为,单性结实严格通过无性细胞分裂成相同的克隆,Heitman说。

这使得科学家们陷入了一个难题。 C. neoformans有一个既定的性周期,涉及两种交配类型。 “然而,在一个基本上是单性别人口结构的有机体中,性繁殖潜能如何维持呢?”海特曼问道。 “α菌株结实提供了一个线索。”

在他们的实验室实验中,研究人员发现,而不是一个无性过程,交配的特点发生在α分离菌结实期间。他们报告说,单性结实包括细胞融合,然后是减数分裂,使同性成员之间进行遗传交换。减数分裂是细胞分成两个“单倍体”细胞的过程,每个细胞的染色体数量都是一半。与二倍体动植物不同,新生隐球菌正常状态是单倍体,Heitman解释说。此外,研究小组还发现,缺乏交配所需组分的品系(包括信息素,信息素受体和其他已知在交配中起作用的基因)在结果中表现出缺陷。 Heitman说,新近描述的交配策略可能允许单一交配株通过细胞分裂迅速扩张,但仍能保持其经性行为产生多样性的能力。多样性 他表示,在面临新的环境挑战时可能会提供优势。尽管研究结果没有明显的临床意义,Heitman说:“我们对任何疾病的生物学原因了解得越多,我们就越有能力开发出具有成本效益的诊断或治疗干预措施。”

真菌策略可能研究人员说,这也有助于科学家普遍理解有利于无关个体自发受精和有性繁殖之间进化过渡的条件,这些已知发生在真菌,植物甚至动物界。

Christina Hull现在在威斯康星大学麦迪逊分校为研究做出了贡献。这项工作得到了国家过敏和传染病研究所,达蒙·润恩癌症研究基金和Burroughs Wellcome基金的支持。

杜克大学医学中心