_ Transfer orizontal de gene: cum fungi să-și îmbunătățească capacitatea de a infecta insectele

Cercetătorii de la Centrul de Evoluție Kiel au investigat pentru prima dată în detaliu modul în care o ciupercă importantă pentru protecția biologică a plantelor poate transmite un cromozom avantajos pe orizontală, folosind o modalitate puțin studiată anterior a schimbului de informații genetice.

Măsurile de protecție a plantelor durabile care nu se bazează pe pesticide chimice se bazează pe diverse organisme și agenți biologici pentru a proteja culturile de dăunători. Astfel de organisme utilizate pentru protecția biologică a plantelor sunt, de exemplu, ciupercile microscopice din genul Metarhizium, care pot ataca și ucide o varietate de insecte patogene ale plantelor și sunt utilizate, de exemplu, în cultivarea trestiei de zahăr din America de Sud.

Mecanismele moleculare ale infecției fungice și răspunsul imun al insectelor se află într-un proces continuu de adaptare evolutivă reciprocă. Într-un proiect comun cu colegii de la Institutul de Știință și Tehnologie din Austria (ISTA), o echipă de cercetare de la Universitatea Kiel a investigat modificările genetice ale ciupercii în timpul infecției furnicii invazive argentiniene (Linepithema humile).

Cercetătorii au examinat genomul diferitelor tulpini de ciuperci Metarhizium robertsii și Metarhizium brunneum dintr-un experiment anterior de co-infecție, în care furnicile au fost infectate cu amestecul de ciuperci.

În studiu, au fost utilizați sporii în creștere. pentru a infecta furnici noi pe parcursul a 10 cicluri consecutive de infecție. Când a analizat genomurile fungice din aceste serii de infecții, geneticianul fungic și primul autor al studiului, dr. Michael Habig de la Universitatea din Kiel, a făcut o observație incitantă: analizele sale au arătat că un singur cromozom a fost schimbat foarte frecvent pe orizontală între două tulpini diferite.

Acest cromozom conține anumite gene despre care oamenii de știință bănuiesc că ar putea oferi ciupercii un avantaj în infectarea gazdelor sale. Transferul orizontal al cromozomilor întregi a fost rareori descris științific și acum a fost studiat în detaliu pentru prima dată. Cercetătorii de la Kiel Evolution Center (KEC) și ISTA și-au publicat rezultatele în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.

Oamenii de știință folosesc termenul de transfer orizontal al genelor pentru a descrie modul în care organismele vii pot transfera material genetic între indivizi diferiți, inclusiv cei din alte specii. În acest fel, bacteriile fac schimb de informații genetice extinse, adesea sub formă de plasmide, pentru a se adapta rapid la condițiile de mediu în schimbare sau pentru a se adapta gazdei. Evoluția rapidă a diverșilor agenți patogeni se bazează, printre altele, pe astfel de mecanisme.

„În ciuperci și în multe alte așa-numite organisme eucariote, totuși, transferul orizontal de gene sub formă de cromozomi întregi este foarte rar și a fost cu greu cercetat până în prezent”, spune dr. Michael Habig, asociat de cercetare la Universitatea Kiel.

„Analiza informației genetice a tulpinilor de ciuperci arată că M. robertsii a transferat independent un singur cromozom în totalitate. de cinci ori în timpul experimentelor de co-infecție, dar nicio altă informație genetică de la o tulpină la alta prin transfer orizontal”, a continuat Habig.

Analize ulterioare au indicat, de asemenea, că același cromozom poate fi găsit și la distanță. specia de ciupercă înrudită și dăunătoare insectelor Metarhizium guizhouense, a cărei origine evolutivă comună cu M. robertsii datează de aproximativ 15 milioane de ani.

„Cromozomul din M. guizhouense este semnificativ mai puțin modificat decât s-ar presupune pentru perioadă lungă de evoluție separată a celor două specii de ciuperci. Prin urmare, cromozomul pare să fi fost transmis în mod natural între aceste diferite specii de ciuperci – și probabil pe orizontală”, spune Habig.

Cromozomul examinat este un așa-numit cromozom accesoriu. Aceasta înseamnă că nu apare la toți indivizii unei specii și conține informații genetice neesențiale.

„Experimentele au arătat că, în anumite condiții, ciuperca care primise cromozomul accesoriu avea avantaje competitive față de ciuperci din aceeași tulpină care nu au primit cromozomul și au reușit să prevaleze împotriva lor. Dorim să investigăm detaliile acestor avantaje mai detaliat în viitor", spune Habig.

Echipa de cercetare din Kiel. a reușit deja să obțină indicații inițiale din analiza genelor de pe cromozom. „Cromozomul conține sute de gene ale căror funcții potențiale le vom putea descifra doar în viitor. Cu toate acestea, am reușit deja să identificăm 13 gene candidate care ar putea fi, probabil, responsabile pentru așa-numitele proteine ​​efectoare, care pot interacționa cu sistemul imunitar al insectelor, de exemplu”, continuă Habig.

Transferul cromozomului poate avea, prin urmare, avantaje pentru ciupercă, a cărei bază funcțională este încă neclară. Cu toate acestea, o posibilitate plauzibilă este transferul anumitor gene care produc enzime de scindare a chitinei și pot îmbunătăți astfel capacitatea de a infecta insectele.

„Este remarcabil că am găsit genele a trei astfel de enzime, printre altele, care probabil joacă un rol în degradarea cuticulei care conține chitină a insectei gazdă.Acest lucru ar putea influența o etapă crucială în procesul de infecție, deoarece sporii fungici depind de pătrunderea în exoscheletul protector al gazdei pentru a putea infectează-l”, spune profesorul Sylvia Cremer, ultimul autor al studiului, de la Institutul de Știință și Tehnologie din Austria (ISTA).

În general, munca de cercetare oferă noi aspecte interesante asupra modului de schimb de informații genetice care a fost puțin studiat la ciuperci până în prezent.

„Noua noastră lucrare arată că transferul cromozomilor orizontal are loc în mod regulat la ciuperci și că acest mecanism poate conferi avantaje tulpinii primitoare, cel puțin în experimente în anumite condiții, „, spune Habig.

Echipa de cercetare din Kiel și partenerii săi de colaborare de la ISTA descriu astfel în detaliu pentru prima dată un nou aspect în evoluția genomului ciupercilor, care ar putea fi capabili să utilizeze mecanisme asemănătoare bacteriilor de adaptare evolutivă rapidă, de exemplu pentru a le crește virulența sau nocivitatea organismului gazdă și pentru a transfera informații genetice peste granițele speciilor.

În viitor, cercetătorii vor să folosească exemplul lui M. robertsii pentru a investiga relațiile dintre transferul cromozomilor orizontal, posibilele avantaje de fitness și adaptarea reciprocă a ciupercilor și insectelor în detaliu și astfel obțineți mai multe informații despre acest organism, care este important pentru protecția plantelor.

(Fluierul)