2025年5月16日， 四川大學 生命科學學院張躍林教授團隊聯(lián)合加拿大英屬哥倫比亞大學李昕教授團隊在國際權威期刊Science雜志發(fā)表 了 題為 “Distribution of haploid chromosomes into separate nuclei in two pathogenic fungi” 的研究論文， 揭示了一種真菌染色體分配的全新機制，挑戰(zhàn)了經(jīng)典遺傳學和細胞生物學理論。

在細胞分裂過程中，染色體的精確分配對于維持生物體的遺傳穩(wěn)定性和功能完整性至關重要。按照經(jīng)典理論，有絲分裂或減數(shù)分裂后，每個子細胞核應當至少獲得完整的一套單倍體染色體（1N），以確保細胞正常發(fā)育和功能發(fā)揮。染色體數(shù)目的異常，通常與衰老、癌癥、發(fā)育障礙等疾病密切相關。然而，最新研究卻發(fā)現(xiàn)，在某些特定真菌中，染色體并非始終以對稱或均等方式分配。這一突破性的發(fā)現(xiàn)來自于對多核絲狀真菌——核盤菌（ Sclerotinia sclerotiorum ）的深入研究。

核盤菌的基因組包含16條染色體（1N=16）。利用高分辨率熒光顯微鏡統(tǒng)計雙核子囊孢子內(nèi)的染色體數(shù)量，研究人員發(fā)現(xiàn)每個孢子僅含約16條染色體，而非理論上的32條。進一步的熒光原位雜交實驗顯示，結合特定染色體的 DNA 探針只 在雙核孢子的一個細胞核中出現(xiàn)信號；作為對照的端粒探針則在兩個細胞核中均有熒光信號。這一結果表明，每個細胞核僅攜帶部分染色體。流式細胞術分析也支持這一結論：核盤菌細胞核的DNA含量僅為整個基因組的一半。通過單個細胞核的DNA檢測進一步證實，染色體被非對稱地分配至不同細胞核中，且并無明顯分配規(guī)律。

圖1: 核盤菌（S. sclerotiorum）細胞核內(nèi)染色體分布模型對比圖。在經(jīng)典模型中，子囊孢子內(nèi)的兩個細胞核均含有完全相同的16條單倍體染色體組（1N=16）；而在新模型中，16條染色體以不規(guī)則方式分配至兩個細胞核內(nèi)。熒光顯微鏡圖像顯示的是核盤菌SsH4-mCherry菌株子囊孢子中的細胞核。

更令人驚訝的是，這一現(xiàn)象同樣存在于與核盤菌密切相關的灰霉菌（ Botrytis cinerea ）中。研究發(fā)現(xiàn)，灰霉菌的分生孢子平均包含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）。這一發(fā)現(xiàn)表明，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。

圖2: 灰霉菌（B. cinerea）細胞核內(nèi)染色體分布模型對比圖。在經(jīng)典模型中，分生孢子內(nèi)的多個細胞核均含有完全相同的18條單倍體染色體組（1N=18）；而在新模型中，18條染色體以不規(guī)則方式分配至同一個孢子的不同細胞核內(nèi)。熒光顯微鏡圖像顯示的是灰霉菌組蛋白 H1-eGFP菌株分生孢子中的細胞核。

這一研究成果挑戰(zhàn)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(fā)育機制、適應進化和耐藥性產(chǎn)生提供了新視角。研究團隊推測，這一“非對稱染色體分配”機制可能暗藏著真菌的進化智慧：1. 快速適應環(huán)境變化：不同細胞核內(nèi)的基因組合差異，為真菌在不利條件下提供了更大 的適應空間，通過核間協(xié)作或競爭，加速優(yōu)良基因組合的篩選與保留；2. 提升抗藥性演化速度：以抗藥性著稱的灰霉菌，可能正是通過染色體拆分，加快了產(chǎn)生突變和耐藥基因的速度。

從農(nóng)田中的“災星”到科學探索中的“啟明星”，真菌再一次展示了自然界的復雜與精妙。這項研究不僅揭示了真菌的獨特生存策略，也為人類理解多核生物發(fā)育及相關疾病機制提供了全新視角。正如研究團隊所言：“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。”

四川大學生命科學學院為該研究的第一完成單位和第一通訊單位。四川大學博士后徐妍、英屬哥倫比亞大學李昕教授的博士畢業(yè)生田雷以及在讀博士生譚金宜為論文的共同第一作者，張躍林教授與李昕教授為共同通訊作者。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7811

來源：四川大學生命科學學院