26.11.2014

Грибы могут регулировать скорость мутирования своих клеток

В 1992 году было доказано, что индивидуальная грибница опят может занимать территорию в десятки гектаров, весить около 100 тонн и существовать тысячи лет. С тех пор ведутся интенсивные исследования мицелия этих грибов. Столь неожиданный долгожитель и тяжеловес заставляет задуматься о способах поддержания целостности генома, о регуляции его стабильности. Ведь мицелий гриба растет постоянно, его клетки беспрестанно делятся и, соответственно, мутируют. Новое исследование канадских микологов намечает пути для понимания базовых механизмов такой генетической стабильности.

Грибы толстоногие опята (Armillaria gallica), хорошо известные среди грибников и кулинаров, прославились еще больше после выхода в 1992 году в журнале Nature статьи The fungus Armillaria bulbosa is among the largest and oldest living organisms (A. gallica, A. bulbosa, A. lutea — синонимы). Тогда удалось доказать, что индивидуальный организм опенка толстоногого может быть поистине огромным и исключительно долгоживущим, сравнимым по этим показателям с признанными живыми колоссами планеты — синими китами и секвойями (кит весит 150 тонн и больше, а гигантская секвойя может дожить до 3500 лет). С помощью методики для определения границ индивидуального организма, использованной авторами публикации в Nature, специалисты-микологи начали поиски еще более крупных грибных представителей. И такие действительно находились. В частности, для гриба Armillaria ostoyae указывались размеры в 37 га, и даже почти в 900 га, а продолжительность жизни оценивалась в 2400 лет. Эта гонка за самым большим грибом получила название «грибная война». Скорее всего, грибы нередко дорастают до таких размеров и такого возраста — эти факты и в самом деле поразительны, но цифры не представляют интереса для специалистов. Проблема для них в другом: как наиболее надежно определить границы индивидуального гриба, как отличить внутривидовую изменчивость от изменчивости внутри одного организма. Ведь «опенок» (на самом деле грибники собирают несколько близких видов) — это далеко не весь индивидуальный организм, а лишь одно из бесчисленных его плодовых тел, дающих гаплоидные споры.

Спустя более 20 лет после начала «грибной войны» один из авторов первой статьи в Nature Джеймс Андерсон (James Anderson) из Торонтского университета со своим коллегой Стефаном Катоной (Stefan Catona) представил новые результаты изучения толстоногого опенка. Канадские микологи предложили изящную по своей задумке работу: картировать мутации индивидуального организма гриба на большой площади. Распространяясь по площади от одного трухлявого ствола к другому, грибной мицелий делится, вытягивается, организуется в толстые корнеподобные нити — ризоморфы. Вдоль ризоморф в местах слияния двух родительских ядер формируются плодовые тела, производящие гаплоидные споры. Если в клетке мицелия на том или ином участке пути происходит мутация, то дочерние клетки, расположенные дальше по нити, окажутся измененными. Эта мутация может по мере роста элиминироваться; или же клетка может от нее избавиться, исправив ошибку по шаблону парного немутантного аллеля. Так как гриб живет очень долго (тысячи лет) и распространяется в целом в двумерном пространстве, то карта мутаций покажет временную развертку этих эволюционных процессов.

Ученые собрали материал на острове Экс (Exe Island) на озере Ридо в провинции Онтарио, Канада. Этот остров имеет площадь 1,2 га, и, как выяснилось, на всем острове живут всего две грибницы Armillaria gallica. Одна, большая, занимает всю площадь острова, а вторая, поменьше, расположена на небольшой территории. Выбрав для тщательного изучения большую грибницу, ученые взяли пробы из разных участков мицелия и определили нуклеотидные замены (SNP) на нескольких фрагментах грибного генома.

Мутации в этом грибе, судя по их пространственному распределению, появляются, но не распространяются вширь, а ограничиваются сравнительно небольшой территорией. Они образуют нечто вроде «островков»; правда, очертания этих «островков» могут быть удлиненными, свидетельствуя о хронологической протяженности распространения мутаций. Для одной из мутаций удалось выявить сначала ее появление, а затем переход из гетерозиготного состояния «мутантный + нормальный аллель» к гомозиготному состоянию — два нормальных аллеля. Иными словами, мутантный аллель был трансформирован в нормальный, и затем уже в клетках присутствовал только он. По всем показателям получилось, что вдоль границы роста мицелия происходит относительно мало мутаций, и все они — в «тылу» мицелия, а не на передовой. Гриб каким-то образом предупреждает возможные соматические мутации, не допуская разрастания мутантных «раковых» клеток. Причины этого явления еще только предстоит определить, обсуждаемая работа лишь устанавливает само явление.

Ученые прикинули скорости роста мицелия вместе со скоростью мутирования. Несмотря на то что методы оценки вызывают известные сомнения, а сами значения более чем приблизительные, к ним всё же стоит присмотреться. И темпы роста мицелия, и скорости мутирования получились на порядки ниже, чем у других грибов. Ученые предполагают, что это может быть общим свойством любых крупноразмерных долгожителей, таких как гигантские деревья и киты. Так, у деревьев-долгожителей низкие и скорость деления клеток, и скорость мутирования. Если бы у подобных организмов не было бы систем ограничения скорости деления клеток и мутирования, то они бы быстро старели и умирали от раковых опухолей. На деле этого не происходит. Но если на китах ставить эксперименты невозможно, то грибы — прекрасные объекты для этого.

Источник: J. B. Anderson, S. Catona. Genomewide mutation dynamic within a long-lived individual of Armillaria gallica // Mycologia. 2014. V. 106. №4. P. 642–648.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru