Патоген Aspergillus fumigatus имеет наибольшее число кроссоверов среди эукариот

Согласно исследованию, опубликованному в PLoS Biology, у грибкового патогена человека Aspergillus fumigatus в ходе кроссинговера между хромосомами происходит в среднем 29,9 кроссоверов, что почти вдвое превышает ранее описанное наибольшее число кроссоверов.

Грибок A. fumigatus вызывает аспергиллез — серьезное заболевание, угрожающее жизни человека. Клинические и выделенные из окружающей среды изоляты часто нечувствительны к противогрибковым азолам. К тому же род Aspergillus — важная генетическая модель. В ходе полового размножения после оплодотворения формируются плодовые тела — клейстотеции. В них образуются дикариотические клетки с ядрами от обоих родителей. При слиянии ядер появляются диплоидные мейоциты, которые претерпевают мейоз и митоз, формируя восемь неупорядоченных спор. Способность A. fumigatus к половому размножению ранее была продемонстрирована в лаборатории. Однако рекомбинационная карта грибка не была построена.

В новой работе исследователи работали со штаммами AfIR964 и AfIR974 патогена A. fumigatus. Секвенирование восьми гаплоидных хромосом показало, что геномы обоих штаммов синтеничны, поэтому после их скрещивания структурные вариации не должны мешать рекомбинации. После скрещивания AfIR964 и AfIR974 авторы отобрали 195 гаплоидных потомков и секвенировали их с покрытием 90x. По сравнению с родителем AfIR974 они идентифицировали 14 113 вариантов.

На одного потомка приходилось в среднем 132,2 случая рекомбинации (примерно 16,5 актов рекомбинации на хромосому, что соответствует образованию 33 бивалентов между гомологичными хромосомами в ходе мейоза). После дополнительной обработки данных эксперимента было показано, что на восемь хромосом грибка в среднем приходилось 148,4 кроссовера, что соответствует необычно длинной генетической карте A. fumigatus в 14 843 сантиморганиды. Однако, по словам авторов, это значение преувеличено за счет генной конверсии и требует корректировки.

Обычно частоты рекомбинации у грибов исследуют с помощью тетрадного анализа, однако для A. fumigatus он недоступен. Поэтому, чтобы отличить кроссоверы от генной конверсии, авторы работы использовали генетические маркеры. С их помощью они скорректировали длину генетической карты грибка, и она составила около 12 тысяч сантиморганид. Также были проведены дополнительные скрещивания AfIR964 и AfIR974, чтобы предотвратить риск контаминации другими штаммами, с которыми работали в той же лаборатории. Дополнительная корректировка, предусматривающая исключение двойных кроссоверов, позволила снизить длину карты до 11 037 сантиморганид.

Таким образом, длина генетической карты A. fumigatus составляет от 11 до 13 тысяч сантиморганид, что соответствует примерно 29,9 кроссоверам на одну пару гомологичных хромосом. На данный момент это наибольшее значение частоты кроссинговера между парой хромосом среди всех эукариотических организмов.

Это явление не характерно для всех видов рода Aspergillus. Так, длина генетической карты A. nidulans составляет 3 705 сантиморганид, а A. flavus — от 1 504 до 2 001 сантиморганиды.

Частота рекомбинаций может объяснить паттерны резистентности A. fumigatus к противогрибковым препаратам. Изоляты, резистентные к азолам, обычно содержат тандемные повторы в промоторе и по крайней мере один несинонимичный полиморфизм в кодирующей области гена cyp51A. Вероятно, каждая мутация возникла в отдельных изолятах, а затем они соединились в результате рекомбинации.

Исследование показывают, что в случае A. fumigatus генная конверсия вносит относительно небольшой вклад в обеспечение генетического разнообразия. Кроме того, исследование показало, что физические ограничения не могут объяснить в целом низкую частоту кроссинговера у эукариот.

Резистентный патогенный грибок распространяется по Великобритании из-за движения воздушных масс