Polimorfizm i ewolucyjne pochodzenie chromosomów dodatkowych u bazydiomycety Tremella fuciformis

Ukryte dodatkowe DNA w popularnym grzybie leczniczym

Tremella fuciformis, często sprzedawana jako „śnieżny grzyb” lub „srebrne ucho” w zupach i produktach do pielęgnacji skóry, kryje zaskakująco dużą ilość dodatkowego DNA. Te dodatkowe chromosomy nie są niezbędne do podstawowego przeżycia, a jednak wydają się kształtować sposób, w jaki grzyb ewoluuje oraz z jakimi gatunkami partnerów może żyć. Zrozumienie tych genetycznych „dodatków” pomaga wyjaśnić, jak grzyby adaptują się, tworzą wyspecjalizowane relacje i różnicują się, co ma znaczenie dla rolnictwa, ekologii i uprawy grzybów.

Dlaczego niektóre chromosomy są opcjonalne

Większość organizmów nosi standardowy zestaw chromosomów kodujących aparaturę do codziennego funkcjonowania. Wiele jednak grzybów ma także chromosomy dodatkowe — małe, dodatkowe fragmenty DNA, które mogą występować u jednych osobników, a u innych być nieobecne. U patogenów roślin często niosą one geny decydujące o tym, jakie rośliny grzyb może zakażać. W dużej i różnorodnej grupie bazydiomycetów, obejmującej grzyby kapeluszowe i drożdże, te dodatkowe chromosomy były jednak słabo zbadane. Grzyb srebrne ucho dał autorom okazję, by to zmienić — jest łatwy do zebrania, ważny handlowo i w naturze oraz w uprawie zależy od partnera grzybowego w dostarczaniu składników odżywczych.

Budowanie kompletnych map genetycznych śnieżnego grzyba

Naukowcy zsekwencjonowali kompletne genomy 16 szczepów Tremella fuciformis z różnych rejonów Chin, obejmując zarówno izolaty dzikie, jak i odmiany uprawne. Wiele szczepów jest dikariotycznych, co oznacza, że każda komórka zawiera dwa różne genomy jądrowe, więc zespół złożył łącznie 27 oddzielnych zestawów genomów haploidalnych. Stwierdzili, że rozmiary genomów różniły się o ponad jedną trzecią między szczepami, w zakresie od około 24 do ponad 32 milionów zasad DNA. Ta zmienność była napędzana przez dwa czynniki: liczbę i rozmiar chromosomów dodatkowych oraz ilość powtarzalnego DNA zgromadzonego w chromosomach rdzeniowych wspólnych dla wszystkich szczepów. Każdy genom zawierał 8–10 chromosomów rdzeniowych oraz 2–10 chromosomów dodatkowych, co dało łącznie 108 chromosomów dodatkowych pogrupowanych w 15 powiązanych zestawów.

Charakterystyczne cechy dodatkowego DNA

W porównaniu z chromosomami rdzeniowymi, chromosomy dodatkowe były na ogół mniejsze, silniej wypełnione elementami transpozonowymi (ruchomym DNA) i zawierały znacznie mniej genów na jednostkę długości. Pokaźna była ich wysoka podobieństwo sekwencji między szczepami, ale jednocześnie znacznie bardziej dramatyczne przemiany strukturalne: fragmenty odwracały się, zlewały, dzieliły lub były całkowicie tracone. Zarówno chromosomy rdzeniowe, jak i dodatkowe często zmieniały liczbę kopii, gdy grzyb przechodził między formami drożdżopodobnymi a nitkowatymi. W jednym szczegółowo zbadanym szczepie liczba kopii kilku chromosomów, w tym dodatkowych, wzrastała lub malała w koloniach, co sugeruje, że te chromosomy są podczas podziału komórkowego przydzielane dość luźno.

Powiązywanie chromosomów dodatkowych z partnerami grzybowymi

Gdy autorzy porównali, które grupy chromosomów dodatkowych występowały w poszczególnych szczepach, ujawnił się wyraźny wzorzec. 16 szczepów Tremella podzieliło się na trzy główne klastry genetyczne oparte na genach rdzeniowych, a każdy klaster nosił swój charakterystyczny zestaw chromosomów dodatkowych. Te same klastry decydowały także o tym, które szczepy były w stanie utworzyć udane partnerstwo z towarzyszącym grzybem Annulohypoxylon stygium, który dostarcza składniki odżywcze niezbędne Tremella do tworzenia owocników. Szczepy parowały skutecznie jedynie z izolaty A. stygium z ich własnego klastra. Największe chromosomy dodatkowe w każdym klastrze zawsze występowały w szczepach, które mogły współpracować z odpowiadającym partnerem grzybowym, co wskazuje na rolę tych dodatków w specyficzności symbiotycznej.

Skąd pochodzą chromosomy dodatkowe

Aby prześledzić pochodzenie tych chromosomów dodatkowych, badacze sprawdzili, czy ich geny przypominają geny z chromosomów rdzeniowych lub geny z publicznych baz danych. Tylko niewielka część genów z chromosomów dodatkowych miała odpowiedniki na chromosomach rdzeniowych, a większość z nich była osadzona w ruchomym DNA, co sugeruje niedawne kopiowania raczej niż wspólne pochodzenie. We wszystkich szczepach większość genów specyficznych dla chromosomów dodatkowych nie miała rozpoznawalnych krewniaków ani znanych funkcji, a wiele z nielicznych bliskich dopasowań odnosiło się do innych gatunków z tej samej szerszej rzędu grzybów. Analizy elementów ruchomych sugerują, że wymiana genów między chromosomami rdzeniowymi a dodatkowymi rozpoczęła się około miliona lat temu, zanim współczesne T. fuciformis w pełni się rozdzieliło, i trwała nadal potem.

Co to znaczy dla grzybów i ewolucji

Razem te odkrycia ujawniają, że śnieżny grzyb nosi dynamiczny zestaw dodatkowych chromosomów, które są wysoce zmienne, podatne na przekształcenia i bogate w tajemnicze geny. Zamiast być zdegradowanymi pozostałościami zwykłych chromosomów, prawdopodobnie powstały z dotąd nierozpoznanych linii grzybowych i zostały później włączone do genomu Tremella. Z upływem czasu te mobilne pakiety genetyczne wydają się pomagać definiować, z którym partnerem grzybowym każda linia Tremella może współpracować, podczas gdy bieżące przyrosty i straty dostrajają biologię grzyba. Dla hodowców praca ta sugeruje, że zarządzanie chromosomami dodatkowymi mogłoby w przyszłości wpływać na plon lub wydajność szczepów. Dla biologii ewolucyjnej podkreśla rolę chromosomów dodatkowych jako silnych, szybko poruszających się jednostek innowacji w złożonych grzybach.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: chromosomy dodatkowe, Tremella fuciformis, symbioza grzybów, ewolucja genomu, elementy transpozonowe