פולימורפיזם ומקורות אבולוציוניים של כרומוזומים משלימים בבסידיומיצטה Tremella fuciformis

DNA חבוי נוסף בפטרייה רפואית פופולרית

Tremella fuciformis, הנמכרת לעתים כ"פטריית השלג" או "אוזן הכסף" במרקים ובמוצרי טיפוח, מסתירה כמות מפתיעה של DNA נוסף. כרומוזומים אלה אינם נחוצים להישרדות בסיסית, אך נראה שהם מעצבים את האופן שבו הפטרייה מתפתחת ואת סוג המינים שאיתם היא יכולה לשתף פעולה. הבנת התוספות הגנטיות הללו מסייעת להסביר כיצד פטריות מסתגלות, יוצרות יחסיי מומחיות ומתוּקעות למגוון, עם השלכות לחקלאות, לאקולוגיה ולגידול פטריות.

מדוע חלק מהכרומוזומים הם אופציונליים

לרוב האורגניזמים יש סט קבוע של כרומוזומים שמקודדים למכונה הביולוגית של החיים היומיומיים. עם זאת, בפטריות רבות קיימים גם כרומוזומים משלימים — מקטעי DNA קטנים ונדירים שנמצאים בחלק מהפרטים ולעתים חסרים באחרים. במזהמי גידולים כרומוזומים אלה לעתים נושאים גנים שקובעים אילו צמחים ניתן להדביק. בקבוצת הבסידיומיצטה הגדולה והמגוונת, הכוללת פטריות ויינות, הכרומוזומים הנוספים האלה נחקרו דל. פטריית אוזן הכסף סיפקה למחברים הזדמנות לשנות זאת, משום שהיא קלה לאיסוף, חשובה במסחר ותלויה בפטרייה שותפה לתזונה בטבע ובגידול.

בניית מיפי גנטיקה שלמים של פטריית השלג

החוקרים רצפו את הגנומים המלאים של 16 אללים של Tremella fuciformis מרחבי סין, כולל דגימות בר ורבייה. רבות מהשורות הן דיקריוטיות, כלומר כל תא מכיל שני גנומים גרעיניים נפרדים, ולכן הצוות הרכיב בסך הכל 27 סטים הָפלואידיים נפרדים. הם מצאו שגדלי הגנום השתנו ביותר משליש בין השורות, בטווח של כמ־24 עד מעל 32 מיליון בסיסים. השונות הזאת נבעה משני גורמים: מספר וגודל הכרומוזומים המשלימים, וכמות ה‑DNA החוזר שנמצא בכרומוזומים הליבתיים המשותפים לכל השורות. בכל גנום היו 8–10 כרומוזומים ליבתיים ועוד 2–10 כרומוזומים משלימים, סך הכול 108 כרומוזומים משלימים המקובצים ל‑15 קבוצות קרובות.

תכונות מובחנות של ה‑DNA הנוסף

בהשוואה לכרומוזומים הליבתיים, הכרומוזומים המשלימים היו בדרך כלל קטנים יותר, צפופים יותר באלמנטים ניידים (טרנספוזונים), וכללו הרבה פחות גנים ליחידת אורך. הם גם הפגינו דמיון רצפי גבוה בין שורות, לצד שינויים מבניים דרמטיים בהרכבן: מקטעים התהפכו, התמזגו, נקרעו או נעדרו לגמרי. גם הכרומוזומים הליבתיים וגם המשלימים השתנו לעתים קרובות במספר העותקים כאשר הפטרייה עברה ממצב תאי דמוי שמרי לצורות סיביות. באחת השורות שנחקרה בפירוט, מספר העותקים של כמה כרומוזומים, כולל המשלימים, עלה או ירד בין מושבות, מה שמרמז שהקצאת הכרומוזומים במהלך חלוקת התאים היא רופפת יחסית.

התאמת הכרומוזומים המשלימים לשותפים פטרייתיים

כאשר המחברים השוו אילו קבוצות כרומוזומים משלימים הופיעו באילו שורות, ניבנה דפוס ברור. 16 שורות ה‑Tremella נשרו לשלוש קבוצות גנטיות עיקריות על בסיס הגנים הליבתיים שלהן, ולכל קבוצת־משפחה היה סט אופייני משלה של כרומוזומים משלימים. אותן קבוצות גם קבעו אילו שורות יכלו ליצור שותפות מוצלחת עם הפטרייה המלווה Annulohypoxylon stygium, המספקת את המזון הדרוש ל‑Tremella להפיק פירות. השורות יכלו לשתף פעולה ביעילות רק עם מודדי A. stygium מהקבוצה שלהן. הכרומוזומים המשלימים הגדולים בכל קבוצה תמיד הופיעו בשורות שיכלו להתאגד עם הפטרייה השותפה המתאימה, מה שמצביע על תפקידם בספציפיות הסימביוטית.

מאין הגיעו הכרומוזומים המשלימים

על מנת לעקוב אחר מקורות הכרומוזומים המשלימים, החוקרים בדקו האם הגנים שלהם דומים לאלה שבכרומוזומים הליבתיים או לגנים בבסיסי נתונים ציבוריים. רק אחוז קטן מגני הכרומוזומים המשלימים נמצא עם מקבילות על הכרומוזומים הליבתיים, ורוב אלו היו משובצים בתוך DNA נייד, מה שמעיד על העתקות יחסית חדשות ולא על מוצא משותף עתיק. בכל השורות, רוב הגנים הספציפיים למשלימים חסרו קרובי משפחה מזוהים או פונקציות ידועות, והרבה מההקבלות הקרובות ביותר היו למינים אחרים באותו סדר פטרייתי רחב. ניתוחי האלמנטים הניידים הציעו שהחלפת גנים בין כרומוזומים ליבתיים ומשלימים החלה לפני כש מיליון שנה, לפני ש‑T. fuciformis המודרנית הסתעפה במלואה, והמשיכה לאחר מכן.

מה משמעות הדבר לפטריות ולאבולוציה

ביחד, הממצאים הללו חושפים כי פטריית השלג נושאת אוסף דינמי של כרומוזומים משלימים שהוא מאוד משתנה, מועדת לשינויים מבניים ועשירה בגנים מסתוריים. במקום להיות שרידים מצומקים של כרומוזומים רגילים, הם כנראה מקורם בקווי פטריות לא מזוהים שנכללו מאוחר יותר בגנום של Tremella. עם הזמן, חבילות גנטיות ניידות אלה נראות כאילו סייעו לקבוע אילו פטריות־שותפה כל קו־C של Tremella יכול לשתף עמם פעולה, בעוד שהרווחים וההפסדים המתמשכים מחדדים את הביולוגיה של הפטרייה. עבור מגדלים, עבודה זו מרמזת שניהול כרומוזומים משלימים עשוי בסופו של דבר להשפיע על התפוקה או על ביצועי השורות. עבור הביולוגיה האבולוציונית, היא מדגישה את הכרומוזומים המשלימים כיחידות חדשנות חזקות ומהירות בפטריות מורכבות.

ציטוט: 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

מילות מפתח: כרומוזומים משלימים, Tremella fuciformis, סימביוזה פטרייתית, אבולוציית גנום, אלמנטים ניידים