Polymorphismus und evolutionäre Herkunft von Zusatzchromosomen beim Basidiomyceten Tremella fuciformis

Die versteckte zusätzliche DNA eines populären Heilpilzes

Tremella fuciformis, oft als „Schneepilz“ oder „Silberohr“ in Suppen und Hautpflegeprodukten verkauft, verbirgt überraschend viel zusätzliche DNA. Diese Bonuschromosomen sind für das grundlegende Überleben nicht erforderlich, scheinen aber die evolutionäre Entwicklung des Pilzes und die Auswahl seiner Partnerarten zu beeinflussen. Das Verständnis dieser genetischen Aufsätze hilft zu erklären, wie Pilze sich anpassen, spezialisierte Beziehungen eingehen und diversifizieren — mit Folgen für Landwirtschaft, Ökologie und Pilzzucht.

Warum manche Chromosomen optional sind

Die meisten Organismen tragen einen Standardsatz von Chromosomen, die die Mechanik des Alltagslebens codieren. Viele Pilze beherbergen jedoch zusätzlich sogenannte Zusatzchromosomen — kleine, zusätzliche DNA‑Stücke, die in einigen Individuen vorhanden und in anderen fehlen können. Bei Pflanzenpathogenen tragen solche Chromosomen oft Gene, die bestimmen, welche Pflanzen der Pilz infizieren kann. In der großen und vielfältigen Gruppe der Basidiomyceten, zu der Pilze und Hefen gehören, wurden diese zusätzlichen Chromosomen jedoch kaum untersucht. Der Silberohr‑Pilz bot den Autorinnen und Autoren die Gelegenheit, das zu ändern, weil er leicht zu sammeln ist, kommerziell Bedeutung hat und in der Natur sowie in der Kultur auf einen Partnerpilz zur Nährstoffversorgung angewiesen ist.

Vollständige genetische Karten des Schneepilzes erstellen

Die Forschenden sequenzierten die kompletten Genome von 16 Stämmen von Tremella fuciformis aus ganz China und erfassten sowohl Wildisolate als auch kultivierte Sorten. Viele Stämme sind dikaryotisch, das heißt jede Zelle trägt zwei unterschiedliche Kern‑Genome, sodass das Team insgesamt 27 separate haploide Genomsätze zusammenstellte. Sie fanden heraus, dass die Genomgrößen zwischen den Stämmen um mehr als ein Drittel variierten und von etwa 24 bis über 32 Millionen DNA‑Basen reichten. Diese Variation wurde durch zwei Faktoren bestimmt: die Anzahl und Größe der Zusatzchromosomen sowie die Menge repetitiver DNA in den Kernchromosomen, die alle Stämme teilen. Jedes Genom enthielt 8–10 Kernchromosomen plus 2–10 Zusatzchromosomen, insgesamt 108 Zusatzchromosomen, gruppiert in 15 verwandte Sätze.

Charakteristische Merkmale der zusätzlichen DNA

Im Vergleich zu den Kernchromosomen waren die Zusatzchromosomen in der Regel kleiner, dichter mit transponierbaren Elementen (beweglicher DNA) gefüllt und enthielten deutlich weniger Gene pro Längeneinheit. Sie zeigten außerdem auffallend hohe Sequenzähnlichkeit über die Stämme hinweg, aber viel dramatischere strukturelle Umordnungen: Abschnitte drehten sich um, verschmolzen, teilten sich oder gingen ganz verloren. Sowohl Kern‑ als auch Zusatzchromosomen änderten häufig ihre Kopienzahl, wenn der Pilz zwischen hefeähnlichen Zellen und fadenförmigen Stadien wechselte. In einem detailliert untersuchten Stamm stieg oder fiel die Kopienzahl mehrerer Chromosomen, einschließlich der Zusatzchromosomen, zwischen Kolonien, was darauf hindeutet, dass diese Chromosomen bei der Zellteilung locker verteilt werden.

Zusatzchromosomen mit Pilzpartnern verknüpfen

Als die Autorinnen und Autoren verglichen, welche Gruppen von Zusatzchromosomen in welchen Stämmen vorkamen, zeichnete sich ein klares Muster ab. Die 16 Tremella‑Stämme fielen basierend auf ihren Kerngenen in drei große genetische Cluster, und jedes Cluster trug seinen charakteristischen Satz von Zusatzchromosomen. Dieselben Cluster bestimmten auch, welche Stämme eine erfolgreiche Partnerschaft mit dem Begleitpilz Annulohypoxylon stygium eingehen konnten, der die Nährstoffe liefert, die Tremella zur Bildung von Fruchtkörpern benötigt. Stämme paarten sich nur wirksam mit A. stygium‑Isolaten aus ihrem eigenen Cluster. Die größten Zusatzchromosomen jedes Clusters waren stets in den Stämmen vorhanden, die sich mit dem passenden Partnerpilz assoziieren konnten, was auf eine Rolle dieser Extras bei der Symbiontenspezifität hinweist.

Woher die Zusatzchromosomen stammen

Um die Herkunft dieser Zusatzchromosomen nachzuverfolgen, prüften die Forschenden, ob ihre Gene denen auf Kernchromosomen oder Genen in öffentlichen Datenbanken ähnelten. Nur ein kleiner Bruchteil der Zusatzchromosomen‑Gene hatte Gegenstücke auf Kernchromosomen, und die meisten davon waren in mobile DNA eingebettet, was auf kürzliche Kopiervorgänge statt auf gemeinsame Abstammung hindeutet. Über alle Stämme hinweg hatten die meisten zusatzchromosomenspezifischen Gene keine erkennbaren Verwandten oder bekannte Funktionen, und viele der nächsten Übereinstimmungen fanden sich bei anderen Arten derselben übergeordneten Pilzordnung. Analysen der mobilen Elemente deuteten darauf hin, dass der Gen‑Austausch zwischen Kern‑ und Zusatzchromosomen vor etwa einer Million Jahren begann, also bevor sich das moderne T. fuciformis vollständig auseinanderentwickelt hatte, und danach andauerte.

Was das für Pilze und Evolution bedeutet

Zusammen zeigen diese Befunde, dass der Schneepilz eine dynamische Sammlung zusätzlicher Chromosomen trägt, die hochvariabel, zu Umstrukturierungen neigend und reich an rätselhaften Genen ist. Statt abgespeckten Überresten gewöhnlicher Chromosomen zu sein, stammen sie wahrscheinlich von bislang nicht identifizierten Pilzlinien und wurden später in das Tremella‑Genom integriert. Im Laufe der Zeit scheinen diese mobilen genetischen Pakete dazu beigetragen zu haben, zu bestimmen, mit welchem Partnerpilz jede Tremella‑Linie kooperieren kann, während fortlaufende Gewinne und Verluste die Biologie des Pilzes feinjustieren. Für Züchter deutet die Arbeit darauf hin, dass die Steuerung von Zusatzchromosomen möglicherweise künftig Ertrag oder Stammleistung beeinflussen könnte. Für die Evolutionsbiologie hebt sie Zusatzchromosomen als mächtige, schnell wirkende Einheiten der Innovation in komplexen Pilzen hervor.

Zitation: Zhang, J., Tong, Q., Lin, F. et al. Polymorphism and evolutionary origins of accessory chromosomes in the basidiomycete Tremella fuciformis. Nat Commun 17, 3275 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70078-y

Schlüsselwörter: Zusatzchromosomen, Tremella fuciformis, pilzliche Symbiose, Genom‑Evolution, Transponierbare Elemente