Polimorfismo e origini evolutive dei cromosomi accessori nel basidiomicete Tremella fuciformis

Il DNA extra nascosto in un popolare fungo medicinale

Tremella fuciformis, spesso venduta come «fungo della neve» o «orecchio d'argento» nelle zuppe e nei prodotti per la cura della pelle, nasconde una sorprendente quantità di DNA aggiuntivo. Questi cromosomi supplementari non sono necessari per la sopravvivenza di base, eppure sembrano influenzare come il fungo evolve e con quali specie partner può convivere. Comprendere questi elementi genetici aggiuntivi aiuta a spiegare come i funghi si adattano, formano relazioni specializzate e si diversificano, con ricadute per l'agricoltura, l'ecologia e la coltivazione dei funghi.

Perché alcuni cromosomi sono opzionali

La maggior parte degli organismi porta un set standard di cromosomi che codificano il macchinario per la vita quotidiana. Molti funghi, tuttavia, ospitano anche cromosomi accessori — piccole porzioni extra di DNA che possono essere presenti in alcuni individui e assenti in altri. Nei patogeni delle colture, questi cromosomi spesso contengono geni che determinano quali piante il fungo può infettare. Ma nel vasto e diversificato gruppo dei basidiomiceti, che include funghi e lieviti, questi cromosomi addizionali sono stati esplorati in misura limitata. Il fungo orechio d'argento ha offerto agli autori l'occasione per colmare questa lacuna, perché è facile da raccogliere, ha importanza commerciale e dipende da un fungo partner per il nutrimento in natura e in coltivazione.

Costruire mappe genetiche complete del fungo della neve

I ricercatori hanno sequenziato i genomi completi di 16 ceppi di Tremella fuciformis provenienti da tutta la Cina, includendo sia isolati selvatici sia varietà coltivate. Molti ceppi sono dicariotici, cioè ogni cellula porta due genomi nucleari distinti, quindi il team ha assemblato in totale 27 set genomici aploidi separati. Hanno riscontrato che le dimensioni dei genomi variavano di oltre un terzo tra i ceppi, oscillando da circa 24 a oltre 32 milioni di lettere di DNA. Questa variazione è stata determinata da due fattori: il numero e la dimensione dei cromosomi accessori e la quantità di DNA ripetitivo presente nei cromosomi principali condivisi da tutti i ceppi. Ogni genoma conteneva 8–10 cromosomi core e 2–10 cromosomi accessori, per un totale di 108 cromosomi accessori raggruppati in 15 set correlati.

Caratteristiche distintive del DNA extra

Rispetto ai cromosomi core, quelli accessori erano generalmente più piccoli, più densamente popolati da elementi trasponibili (DNA mobile) e contenevano molte meno copie geniche per unità di lunghezza. Mostravano inoltre una sorprendente alta similarità di sequenza tra i ceppi ma ristrutturazioni molto più drammatiche a livello strutturale: segmenti si capovolgevano, fondevano, si frammentavano o venivano persi del tutto. Sia i cromosomi core sia quelli accessori cambiarono frequentemente numero di copie quando il fungo passava tra forme simili a lievito e forme filamentose. In un ceppo esaminato in dettaglio, il numero di copie di diversi cromosomi, inclusi quelli accessori, aumentava o diminuiva tra colonie, suggerendo che questi cromosomi vengono distribuiti in modo relativamente lasco durante la divisione cellulare.

Associare i cromosomi accessori ai partner fungini

Quando gli autori confrontarono quali gruppi di cromosomi accessori erano presenti in quali ceppi, emerse un pattern chiaro. I 16 ceppi di Tremella si suddividevano in tre principali cluster genetici basati sui loro geni core, e ogni cluster portava il proprio insieme caratteristico di cromosomi accessori. Questi stessi cluster determinavano anche quali ceppi potevano formare una partnership riuscita con il fungo compagno Annulohypoxylon stygium, che fornisce i nutrienti necessari perché Tremella formi corpi fruttiferi. I ceppi si associavano efficacemente solo con isolati di A. stygium del loro stesso cluster. I più grandi cromosomi accessori di ciascun cluster erano sempre presenti nei ceppi che potevano associarsi col fungo partner corrispondente, indicando un ruolo di questi elementi nellpecificità della simbiosi.

Da dove provengono i cromosomi accessori

Per ricostruire l'origine di questi cromosomi accessori, i ricercatori verificarono se i loro geni assomigliassero a quelli dei cromosomi core o a geni presenti in banche dati pubbliche. Solo una piccola frazione dei geni dei cromosomi accessori aveva omologhi sui cromosomi core, e la maggior parte di questi era inserita in DNA mobile, suggerendo eventi recenti di copia più che un'ascendenza condivisa. In tutti i ceppi, la maggior parte dei geni specifici degli accessori non aveva parenti riconoscibili o funzioni note, e molti dei pochi confronti significativi erano con altre specie dello stesso ordine fungino più ampio. Le analisi degli elementi mobili indicarono che lo scambio genico tra cromosomi core e accessori era iniziato approssimativamente un milione di anni fa, prima che l'attuale T. fuciformis si fosse completamente differenziata, e proseguito in seguito.

Cosa significa per i funghi e l'evoluzione

Complessivamente, questi risultati rivelano che il fungo della neve porta una collezione dinamica di cromosomi accessori altamente variabili, soggetti a riorganizzazioni e ricchi di geni misteriosi. Piuttosto che essere residui ridotti di cromosomi ordinari, è probabile che abbiano avuto origine da lignaggi fungini non ancora identificati e siano stati successivamente incorporati nel genoma di Tremella. Nel tempo, questi pacchetti genetici mobili sembrano aver contribuito a definire con quale fungo partner ogni linea di Tremella può cooperare, mentre i continui guadagni e perdite ne affinano la biologia. Per i coltivatori, questo lavoro suggerisce che la gestione dei cromosomi accessori potrebbe infine influenzare resa e prestazioni dei ceppi. Per la biologia evolutiva, mette in luce i cromosomi accessori come unità di innovazione veloci e potenti nei funghi complessi.

Citazione: 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

Parole chiave: cromosomi accessori, Tremella fuciformis, simbiosi fungina, evoluzione del genoma, elementi trasponibili