2003: pierwszy genom grzyba strzępkowego

W kwietniu 2003 roku „Nature" opublikowało wysokiej jakości szkic genomu Neurospora crassa, przygotowany przez zespół Jamesa Galagana. Gatunek był już wtedy jednym z filarów genetyki, biochemii i biologii molekularnej XX wieku — to na nim George Beadle i Edward Tatum sformułowali zasadę „jeden gen, jeden enzym". Sekwencja dała temu warsztatowi pełną mapę.

Liczby zaskoczyły. Genom o wielkości około 40 megazasad koduje mniej więcej 10 tysięcy genów białkowych — ponad dwa razy więcej niż drożdże Schizosaccharomyces pombe i tylko o jakieś 25 procent mniej niż muszka owocowa. Grzyb strzępkowy okazał się organizmem o bogactwie genetycznym porównywalnym ze zwierzętami, a nie uproszczoną wersją drożdży.

Analiza zestawu genów przyniosła też rzeczy nieoczekiwane: geny prawdopodobnie związane z fotobiologią światła czerwonego, geny metabolizmu wtórnego i istotne różnice w sygnalizacji wapniowej wobec roślin i zwierząt. Najmocniejszy wynik dotyczył jednak obrony genomu. Neurospora dysponuje najszerszym znanym u organizmów jądrowych zestawem takich mechanizmów, w tym unikalnym dla grzybów procesem zwanym RIP — mutacją punktową indukowaną powtórzeniami.

RIP wykrywa zduplikowane odcinki DNA i zasypuje je mutacjami. Konsekwencja jest ewolucyjna: skoro duplikacja genu zwykle kończy się jego zniszczeniem, to droga do nowych genów przez powielanie starych jest w tym genomie w dużej mierze zamknięta. Autorzy pokazali, że widać to w strukturze genomu — jest w nim niezwykle mało blisko spokrewnionych genów.

Genom, który pokazał cenę obrony przed powtórzeniami

Projekt Neurospora crassa opublikował genom wielkości około 40 Mb i przewidział 10 082 geny kodujące białka. Aż 4 140 przewidywanych białek — 41% zestawu — nie miało istotnego podobieństwa do białek w ówczesnych bazach, a 5 805 nie miało istotnego odpowiednika w żadnym z dwóch zsekwencjonowanych genomów drożdży. To liczbowo pokazało, jak mało genomika drożdży mówiła jeszcze o grzybach strzępkowych.

Najmocniejszy wniosek dotyczył RIP, czyli mutacji sekwencji powtórzonych. Powtórzenia stanowiły 10% złożenia; 81% z nich nosiło sygnał RIP, podobnie jak ponad 97% powtórzeń dłuższych niż 400 par zasad. Nie znaleziono nienaruszonych elementów ruchomych. Autorzy interpretowali to jako skuteczną obronę genomu, ale z kosztem: RIP prawdopodobnie silnie ograniczył powstawanie nowych genów przez duplikację. Są to wnioski z analizy sekwencji, nie bezpośredni pomiar każdej historycznej mutacji.