本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
在许多真菌中,被称为细胞核的DNA存储区并非像动植物那样被囚禁在它们所处的细胞中。相反,真菌细胞核可以自由移动。它们像繁忙的通勤者一样,在真菌连接的管状细胞中流动,并经历许多相同的动态。请看一看
为什么真菌会这样做呢?正如你在视频中看到的,真菌是由称为菌丝(HIGH-fee)的管道状细丝组成的集合。在许多但并非所有真菌中,每条菌丝都被称为隔膜的壁分隔成细胞(你可以在视频的1:26-1:36处看到这样的壁。在图像的中心寻找。允许细胞核通过的孔从我们的视角来看是不可见的)。菌丝经常分支和重新连接,形成一个复杂的网络,统称为菌丝体(my-SEE-lee-um)。
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像这样的真菌本质上是一个巨大的细胞。这是因为每个隔膜都被一个巨大的孔洞穿透,允许细胞质——细胞内部的好东西——在菌丝体内自由流动。细胞质的流动在真菌中很重要,因为它们只能在菌丝的尖端制造新细胞——而不是像动植物细胞那样在所有方向上制造。这些真菌需要能够推动细胞质来喂养和填充那个生长的尖端。
这种连续的细胞质和共享的细胞核的情况——这种状态也存在于迷人的森林栖息巨型原生生物黏菌和深海巨型原生生物异丝虫以及深海动物玻璃海绵中(由于某种原因,森林地面和深海沉积物似乎都促进了这种生活方式)——与大多数其他生物体截然不同,在大多数其他生物体中,细胞膜和/或细胞壁将细胞质分隔在每个细胞内。
除了滋养生长的菌丝外,这种公共细胞生物学可能有什么优势呢?真菌也能容忍其体内存在异常不同的细胞核。最常见的是,这些是它们自身基因组的突变版本。但它们也倾向于偶尔与它们遇到的不同个体进行无性杂交。这些个体可能是同一物种的成员,不同物种的成员,甚至可能是不同的属,形成生物学家所称的“嵌合体”。
这样的嵌合体将两个个体的力量结合在一个生物体中。这种结合可能会提高感染并在宿主体内引起疾病的能力,或者可能提高食用一种或两种真菌都无法单独消化的食物的能力。由于对嵌合体形成的限制比对配偶选择的限制更宽松,嵌合体也可能允许远缘真菌向远缘到无法与之交配的真菌交换或捐赠基因或称为染色体的整个DNA片段(这个过程称为水平基因转移),这可能是一种被低估的真菌多样性和进化的驱动力。
但是,如果没有持续的混合,嵌合体的细胞核往往会在真菌丝状体的不同部分重新分离,从而有效地去嵌合化。这是因为在菌丝的生长尖端,随着时间的推移,一种类型的细胞核会纯粹通过机会在数量上占据主导地位。正如你在视频中看到的,积极混合共享细胞质的内容是解决这个问题的一种方法,并保持嵌合体在整个真菌中的益处。细胞核的流动似乎是由“驱动菌落生长的温和压力梯度”驱动的,这段视频的作者在一篇发表在《PNAS》上的论文中报告了他们对这些动态的探索。
所有这些都让我感到好奇:如果它们上面有巨大的孔洞,为什么还要设置横墙呢?一个词:舱壁。
事实证明,横墙——即使是那些有大孔洞的横墙——也像船上的隔墙一样,为管状菌丝提供结构支撑。就像潜艇舱壁中的水密门一样,许多真菌的孔隙旁边都有塞子(大型蛋白质晶体或Woronin小体),如果菌丝体的某一部分受损或老化并需要密封,这些塞子可以堵塞隔膜。最后,对于某些目的,例如形成孢子,有必要创建一个特殊的生化环境。有一个可关闭的门意味着你可以为此目的创建一个封闭的隔间。
对于另一个生动地说明细胞质通过隔膜孔隙的流动以及附近的Woronin小体的精彩视频,请点击这里。这些真菌的动态进一步证明,一旦你开始环顾四周——也许就在你自己的后院——你在高中学到的细胞生物学基本模型存在根本性的例外。
参考文献
Roper M., Simonin A., Hickey P.C., Leeder A. & Glass N.L. (2013)。真菌嵌合体中的核动态,《美国国家科学院院刊》,110 (32) 12875-12880。DOI:10.1073/pnas.1220842110