它們“非一般”的生存策略挑戰了經典遺傳學理論

在生命的微觀世界里，細胞分裂時有著嚴格的染色體分配原則。

按照經典遺傳學和細胞生物學理論，細胞有絲分裂或減數分裂后，每個子細胞核都應該至少獲得完整的一套單倍體染色體，這樣才能保證細胞正常發育和發揮功能。如果染色體數目出現異常，往往就會和衰老、癌癥、發育障礙等疾病扯上關系。

但最近，四川大學生命科學學院教授張躍林團隊聯合加拿大英屬哥倫比亞大學教授李昕團隊，發現了特定的兩類真菌表現出了一種染色體分配的全新機制，挑戰了經典遺傳學和細胞生物學理論。

研究團隊推測，這背后可能藏著真菌的進化智慧。相關成果發表于《科學》。

不走尋常路的核盤菌和灰霉菌

細胞分裂后，會形成兩個或多個子細胞。傳統理論中，母細胞的細胞核里有2N條染色體，基于不同的分裂類型，子細胞的細胞核內均等量獲得1N或2N條染色體。

就好比裝配一輛汽車，固定配備了兩套零件包。根據不同的生產要求，每個車間都能同時拿到兩套，或一套零件包。若拿到的包內出現“零件”少或多的情況，生產的汽車就會出故障。

以人類細胞為例，其為二倍體（2N），正常情況下細胞核含有46條染色體（N＝23）。體細胞發生有絲分裂時，產生兩個遺傳物質與母細胞完全相同的子細胞，各含完整的46條染色體，用于機體生長與修復。生殖細胞發生特有的減數分裂時，子細胞內染色體則各有23條。

而核盤菌和灰霉菌的“生產分配”并不循規蹈矩。

子囊孢子是核盤菌進行有性生殖產生的單倍體孢子，每個成熟的子囊孢子內部包含了兩個細胞核。按常理而言，核盤菌基因組有16條染色體（1N=16），分裂出的子囊孢子內，每個細胞核“車間”應該領到1套16項的“零件包”，一共就有32條染色體。

但研究人員通過高分辨率熒光顯微鏡發現，每個孢子里大約只有16條染色體。當利用探針對特定染色體進行檢測時，發現其只存在于其中一個細胞核，但端粒探針又驗證了兩個細胞核內都含有染色體。

研究表明，核盤菌子囊孢子里，兩個細胞核“車間”的“零件”染色體共享一套完整的“零件包”，既相互無重疊又無明顯的分配規律。

“近緣”的灰霉菌的分配機制也類似，其分生孢子平均包含4至6個細胞核，每個核僅包含3至8條染色體，而非完整的18條（1N=18）。研究團隊認為，染色體不均分配機制在多核真菌中可能具有一定的普遍性。

研究發現讓團隊意識到，原來在多核真菌的世界，每個細胞核“車間”不必擁有全套“零件”，只要細胞“工廠”整體“零件齊全”，即可運行。

“從理論上講，這挑戰了長期以來遺傳學和細胞生物學對染色體分配的固有認知，為探索多核真菌的發育機制、適應進化和耐藥性產生提供了新視角。”研究團隊成員、博士后徐妍說道。

出乎意料的發現

基于目前認識到的現象，團隊推測，這一“非對稱染色體分配”機制可能暗藏著真菌自有的進化智慧。

不同細胞核內的基因組合差異，為真菌在不利環境條件下提供了更大的適應空間，通過核間協作或競爭，加速優良基因組合的篩選與保留。

其次，這種機制還可能提升真菌抗藥性的演化速度。以抗藥性強出名的灰霉菌來說，它可能就是利用染色體拆分的方式，加快了產生突變和耐藥基因的速度，從而加大防治的困難。

就好像在傳統細胞“工廠”，一個“車間”里就包含了“造車”的整套“零件”，風險來臨時，很容易就被集中摧毀。而在核盤菌和灰霉菌的“工廠”，“零件”都被分布在不同的車間，不僅降低了被迅速全面破壞的可能性，還給各個“車間”留出反應和協作對抗的時間。

“結果令我們驚訝，發現的過程也充滿‘意外’。”徐妍說道，最開始團隊的目標其實是核盤菌的“菌核”，即包裹在菌類外層，用于對抗環境危機和農藥腐蝕的“裝甲”。他們想從基因層面了解其形成生長的規律，以此找到“攻破”它的辦法。

就在對核盤菌子囊孢子進行紫外誘變尋找菌核發育受阻的突變體時，團隊通過測定突變體的基因組，察覺了細胞核內的異常端倪。進一步探究后，初步懷疑核盤菌有不符合常規的染色體分配機制。

“一開始大家都拿不準，畢竟這或許會顛覆長久以來的基本認知。”在團隊負責人張躍林的堅持和鼓勵下，團隊便開始了探索。

之前領域內對核盤菌的研究，都很少深入其進化發展的原因機理，這意味著徐妍和團隊手邊沒有可供參考的實驗方法。況且他們團隊研究方向主要集中在植物抗病基因的挖掘與功能解析領域，在更為微觀的細胞生物學層面，涉獵相對有限。

從發現問題到產出成果的4年多時間內，團隊靠著摸索，以及向其他團隊請教，嘗試了各種可能有用的技術手段或實驗方法，一遍又一遍去驗證猜想。“起碼有百分之七、八十的辦法都失敗了，文中所呈現的那些，都是為數不多的成功。”徐妍告訴記者。

接下來，他們還要繼續“折騰”，去找到核盤菌和灰霉菌染色體分配“不走尋常路”的原因。“生命總能找到出人意料的生存方式，而我們的探索才剛剛開始。”

相關論文信息：http://doi.org/10.1126/science.abn7811