陕西
2025年5月16日， 四川大学 生命科学学院张跃林教授团队联合加拿大英属哥伦比亚大学李昕教授团队在国际权威期刊Science杂志发表 了 题为 “Distribution of haploid chromosomes into separate nuclei in two pathogenic fungi” 的研究论文， 揭示了一种真菌染色体分配的全新机制，挑战了经典遗传学和细胞生物学理论。
在细胞分裂过程中，染色体的精确分配对于维持生物体的遗传稳定性和功能完整性至关重要。按照经典理论，有丝分裂或减数分裂后，每个子细胞核应当至少获得完整的一套单倍体染色体（1N），以确保细胞正常发育和功能发挥。染色体数目的异常，通常与衰老、癌症、发育障碍等疾病密切相关。然而，最新研究却发现，在某些特定真菌中，染色体并非始终以对称或均等方式分配。这一突破性的发现来自于对多核丝状真菌——核盘菌（ Sclerotinia sclerotiorum ）的深入研究。
核盘菌的基因组包含16条染色体（1N=16）。利用高分辨率荧光显微镜统计双核子囊孢子内的染色体数量，研究人员发现每个孢子仅含约16条染色体，而非理论上的32条。进一步的荧光原位杂交实验显示，结合特定染色体的 DNA 探针只 在双核孢子的一个细胞核中出现信号；作为对照的端粒探针则在两个细胞核中均有荧光信号。这一结果表明，每个细胞核仅携带部分染色体。流式细胞术分析也支持这一结论：核盘菌细胞核的DNA含量仅为整个基因组的一半。通过单个细胞核的DNA检测进一步证实，染色体被非对称地分配至不同细胞核中，且并无明显分配规律。
图1: 核盘菌（S. sclerotiorum）细胞核内染色体分布模型对比图。在经典模型中，子囊孢子内的两个细胞核均含有完全相同的16条单倍体染色体组（1N=16）；而在新模型中，16条染色体以不规则方式分配至两个细胞核内。荧光显微镜图像显示的是核盘菌SsH4-mCherry菌株子囊孢子中的细胞核。
更令人惊讶的是，这一现象同样存在于与核盘菌密切相关的灰霉菌（ Botrytis cinerea ）中。研究发现，灰霉菌的分生孢子平均包含4至6个细胞核， 每个核仅包含 3至8条染色体，而非完整的18条（1N=18）。这一发现表明，染色体不均分配机制在多核真菌中可能具有一定的普遍性。
图2: 灰霉菌（B. cinerea）细胞核内染色体分布模型对比图。在经典模型中，分生孢子内的多个细胞核均含有完全相同的18条单倍体染色体组（1N=18）；而在新模型中，18条染色体以不规则方式分配至同一个孢子的不同细胞核内。荧光显微镜图像显示的是灰霉菌组蛋白 H1-eGFP菌株分生孢子中的细胞核。
这一研究成果挑战了长期以来遗传学和细胞生物学对染色体分配的固有认知，为探索多核真菌的发育机制、适应进化和耐药性产生提供了新视角。研究团队推测，这一“非对称染色体分配”机制可能暗藏着真菌的进化智慧：1. 快速适应环境变化：不同细胞核内的基因组合差异，为真菌在不利条件下提供了更大 的适应空间，通过核间协作或竞争，加速优良基因组合的筛选与保留；2. 提升抗药性演化速度：以抗药性著称的灰霉菌，可能正是通过染色体拆分，加快了产生突变和耐药基因的速度。
从农田中的“灾星”到科学探索中的“启明星”，真菌再一次展示了自然界的复杂与精妙。这项研究不仅揭示了真菌的独特生存策略，也为人类理解多核生物发育及相关疾病机制提供了全新视角。正如研究团队所言：“生命总能找到出人意料的生存方式，而我们的探索才刚刚开始。”
四川大学生命科学学院为该研究的第一完成单位和第一通讯单位。四川大学博士后徐妍、英属哥伦比亚大学李昕教授的博士毕业生田雷以及在读博士生谭金宜为论文的共同第一作者，张跃林教授与李昕教授为共同通讯作者。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7811
来源：四川大学生命科学学院
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