隐藏在真菌中的超数染色体:它们如何改变病原体的致病能力?

在自然界中,许多动植物和真菌物种的野生族群中存在着B染色体,这些染色体被称为超数染色体或附加染色体。这些染色体的特点是,它们对于物种的生命并非必要,而且在一些个体中缺失。因此,这样的族群会出现拥有0、1、2、3等不同数量的B染色体的个体。与正常染色体的副本不同,B染色体不受常规的孟德尔遗传法则约束。

「超数染色体的演化起源尚不明确,但推测它们可能起源于正常染色体的异染色质片段。」

随着下一代测序技术的发展,研究人员发现,黑麦中的B染色体实际上是黑麦A染色体的融合体。同样,食夜鲷(Haplochromis latifasciatus)的B染色体也显示出源于正常A染色体的重组。这些B染色体大多由异染色质组成,主要是不编码的DNA,然而,也发现一些B染色体含有相当大的启动核区段,例如玉米的B染色体。这使得它们在某些环境下可能会发挥正面适应优势。

以英国的草螽(Myrmeleotettix maculatus)为例,该物种拥有两种类型的B染色体:大中心型和中偏心型。这些拥有卫星DNA的超数染色体在干燥的气候中较为普遍,而在潮湿和较冷的地区则较为稀少。研究显示,虽然超数染色体会对花粉的生育力产生不利影响,但它们与特定栖息地之间也有正面的协同作用。

在真菌中的作用

真菌中的染色体多样性现象相当普遍。同一物种的不同分离株常常拥有不同的染色体数目,其中一些额外染色体在培养中并非必需。这些多余的染色体被称为条件可弃染色体或超数染色体,因为在某些情况下它们并不重要,但在不同环境中则可能提供选择优势。

「例如,豌豆病原体Haematonectria haematococca的超数染色体中包含对于其致病能力非常重要的基因。」

研究人员发现,这些超数染色体中的DNA负责编码一组可以代谢植物免疫系统所分泌的毒素(称为植物抗生素)的酶。这表明这些超数染色体可能是在横向基因转移事件中产生的,因为序列分析经常显示它们与必需染色体DNA有不同的演化历史。

例如,攻击小麦的真菌病原体Zymoseptoria tritici拥有8条可弃的B染色体,这是目前观察到的真菌中最多的可弃染色体数量。这种现象显示,有些真菌能够通过这些超数染色体获得适应优势,从而增强其病原体的致病能力。

在植物中的重要性

B染色体在植物物种之间的遗传多样性方面具有重要的反映。这些超数染色体通常在被几氰繁殖的开花植物中观察到。 B染色体的演化过程相当隐晦,且在特定物种族群中的出现也非常不规则。植物族群中个体之间B染色体的数量差异显著,且在某些情况下,根部可缺失这些超数染色体。

「例如,姊妹物种Aegilops speltoides和Aegilops mutica在其地上部组织中具有B染色体,而其根部则缺乏这些超数染色体。」

与正常染色体相比,B染色体的形态结构和大小有显著差异,常常是非同源的,且通常比最小的A染色体小。在不同的生长环境中,这些超数染色体的存在可能帮助植物适应不同行为,最终影响其生存与繁殖的能力。

隐藏在真菌中的B染色体不仅让研究人员进一步了解基因的多样性,还可能改变病原体的致病能力。面对这样的发现,我们应该思考:是否这些超数染色体已成为未来基因工程的一个关键点,能够提升作物的抗病能力与生存技巧?

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