Betydelsen av svampar för människan

en anledning att sekvensera Svampgenomer

ett av de senaste buzzwords i genomforskning är ”funktionell genomik”, som i huvudsak är studien av ny genfunktion genom direkt manipulation av genomet. Den främsta anledningen till att göra detta är att veta sekvensen av jäst och andra organismer har gjort det klart att vi inte känner till funktionen hos många av de förutsagda öppna läsramarna. Förmågan att manipulera genomet av enkla eukaryoter som S. cerevisiae och A. nidulans gör dem attraktiva att börja studier som kommer att belysa funktionen hos dessa okända gener. Detta kommer att bli mycket svårare att åstadkomma med nya gener i det mänskliga genomet, utom i de sällsynta fall där naturen har gett oss mutationer. På samma sätt är funktionell genomik med nuvarande geninriktningsmetoder i musen svår och kostsam, även om ny teknik utvecklas som så småningom kan göra detta tillvägagångssätt hållbart. Eftersom filamentösa svampar representerar en stor grupp av organismer där många av samma verktyg tillgängliga för att studera spirande jästgener kan tillämpas, kommer det att vara möjligt att bedöma nya genfunktioner i dessa organismer. Deras varierade livsstilar och komplexiteten i deras cellulära funktioner bör ge ett utmärkt komplement till det arbete som pågår i spirande och klyvningsjäst.

Vad gör A. nidulans till ett lämpligt val för ett genomsekvenseringsprojekt? A. nidulans har använts i stor utsträckning för att ta itu med grundläggande frågor om biologi sedan 1950-talet. Den relativt enkla genetiken hos denna filamentösa svamp har använts för att undersöka en mängd olika genetiska fenomen, inklusive mekanismerna som reglerar kol-och kvävemetabolism, cellcykel, cytoskeletala funktioner och utveckling (Morris Och Enos 1992; Marzluf 1993;Navarro-Bordonaba och Adams 1994; Osmani och Ye 1996). Som sådan har A. nidulans spelat en viktig roll som en modell eukaryot organism. Förmodligen viktigare är den roll som denna organism har spelat som ett modellsystem för undersökning av frågor om biologi hos andra medlemmar av släktet som positivt och negativt påverkar människan. Medlemmar av släktet Aspergillus används som storskaliga producenter av citronsyra, industriella enzymer; amylaser, proteaser och lipaser, för att nämna några, och andra av släktet är patogener av människan eller är ansvariga för matförstöring och produktion av toxiska sekundära metaboliter som aflatoxin. Den totala ekonomiska effekten av släktet Aspergillus på bara USA. ekonomin uppskattas till 45 miljarder dollar. Eftersom A. nidulanshar spelat en viktig roll i vår förståelse av detta stora och mångsidiga släkt och på grund av dessa organismers tydliga ekonomiska betydelse är det absolut nödvändigt att vi får en mer detaljerad bild av dess genom.

tidigare aspekter av Aspergillus nidulans genomprojekt som förlitar sig på klassisk genetik fastställde att dess genom består av åtta kopplingsgrupper eller kromosomer. Dessa kopplingsgrupper definierades med parasexuella genetiska metoder och mitotisk rekombination för att visa koppling mellan allmänt åtskilda gener på kromosomarmar (Clutterbuck 1974). Denna etablering av åtta kopplingsgrupper har bekräftats med hjälp av pulsfältgelelektrofores, som löser de åtta kopplingsgrupperna i sex band, varav två är dubbletter och kan separeras med translokationsstammar. Dessa studier uppskattade genomet till 31 megabaser (Brody och kol 1989), i god överensstämmelse med uppskattningar av genomets storlek med hjälp av reassociationskinetik och kolorimetrisk bestämning (Bainbridge 1971; Timberlake 1978). Således är genomet av A. nidulans 2,5 107 till 3,0 107 baspar i storlek och innehåller få repetitiva DNA-sekvenser. Den relativt lilla storleken på A. nidulansgenomen, den begränsade mängden repetitivt DNA och dess betydelse som modellorganism gör den lämplig för sekvensering.

i en mening är hela genomet av A. nidulans redan sekvenserat. Två kosmidbibliotek innehållande 5134 enskilda kloner konstruerades för flera år sedan och lagrades som enskilda kloner i mikrotiterplattor. Dessa bibliotek sorterades senare efter hybridisering i kromosomspecifika delmängder som uppskattas täcka 95% av varje kromosom (Brody et al. 1991). Kartläggningen av dessa bibliotek har genomförts ytterligare. Med hjälp av en snabb slumpmässig kostnadsalgoritmmetod användes de två kosmidbiblioteken för att konstruera en fysisk karta över kromosom IV av A. nidulans (Wang et al. 1994). Detta arbete har utvidgats för att utveckla fysiska kartor för alla åtta av kromosomerna i A. nidulans genomet. Dessa kartor och de metoder som används för att härleda dem finns på webbplatsenhttp:/ / fungus.genetics.uga.edu: 5080/. att använda dessa metoder för att bygga fysiska kartor för var och en av kromosomerna ger grunden på vilken storskalig DNA-sekvensering av A. nidulans genom kan börja. Det är dock också viktigt att påpeka att dessa kartor också har resulterat i viss oro från medlemmarna i theA. nidulans community eftersom det finns flera fall där de inte är kolinära med den genetiska kartan. Bristen på kolinearitet kan återspegla den dåliga kvaliteten på den genetiska kartan, som bygger på att tilldela ordningen av gener från tre punktkorsningar. Alternativt kan dessa order vara felaktiga eftersom de genetiska markörerna som användes var för långt ifrån varandra, vilket förhindrade korrekt beställning. Det är uppenbart att detta är ett problem som kommer att lösas i tid, när den fullständiga sekvensen av genomet är känd.

så varför sekvenserar vi inte genomet av A. nidulans eller andra filamentösa svampar? Nuvarande sekvenseringsinsatser riktas mot mikrobiella organismer som är av medicinsk betydelse, såsom sjukdomsframkallande bakterier. Man tror att belysningen av deras genomsekvens har potential att ge omedelbar insikt i nya terapeutiska strategier. Detta är något olyckligt genom att vi ignorerar hela grupper av organismer medan vi försöker avgöra om hela genomsekvensering kommer att vara användbar. När dessa projekt fortsätter måste vi överväga andra rationaler för genomsekvensering inklusive vikten av att kunna analysera genfunktion efter identifiering av öppna läsramar genom sekvensanalys. Det är just där jästgenomets ansträngning nu står. Forskare står inför att bestämma nya genfunktioner, och detsamma kommer att vara sant för alla organismer för vilka vi bestämmer hela sekvensen. Några av dessa gener kommer att vara specifika för jäst, andra kommer att ha roller i hela svamparna, och ytterligare andra kommer att fungera i alla eukaryoter. För att lära sig vilken klass varje gen faller i kommer det att vara viktigt att få sekvenser från många organismer. Det kommer att vara mycket olyckligt om livsforskare inte tar en aktiv roll i valet av de organismer vars genom bör sekvenseras. Det noggranna urvalet av organismer kommer sannolikt att ge oss större insikter i processerna för speciering och genomutveckling. När det gäller svampar, som antas ha avvikit för ungefär en miljard år sedan, är dessa frågor särskilt relevanta.

vi som forskare måste vara oroade över en annan fråga som genomstudier kommer att ta upp. Denna fråga är att det inte är möjligt att härleda genfunktion från en jämförelse av gensekvenser. Tänk på det allmänna problemet med stora enzymfamiljer. Den kemiska reaktionen som katalyseras av enzymer i familjen kan vara densamma men deras substrat kan vara mycket olika. På grund av detta kan direkt sekvensjämförelse endast ge en guide till en genprodukts funktion men inte substraten som den verkar på. Således kan vi i detta exempel säga att en genprodukt delar en katalytisk plats med andra i familjen men vi kan inte säga vilken biokemisk väg den fungerar i. När vi börjar undersöka funktionen hos nya genprodukter måste vi komma ihåg att även om två gener kodar för liknande proteiner, kan de fungera annorlunda, eller som i fallet med enzymer med liknande aktiviteter, kan de fungera i olika vägar. Detta ger en annan anledning till att studera genfunktion i mer än ett litet antal system. Slutligen kan en gen avslöja sin cellulära funktion lättare i ett system än i ett annat eftersom systemets biologi har ett speciellt krav för funktionen.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.