Neurospora (N. crassa) – modellorganism inom genetik och genomik
Neurospora (N. crassa) — nyckelmodell inom genetik och genomik: Nobelhistorik, helt sekvenserat genom och kraftfullt verktyg för forskning i circadian, epigenetik och cellbiologi.
Neurospora är ett släkte av Ascomycete-svampar. Den mest kända arten i detta släkte är Neurospora crassa, en vanlig modellorganism inom genetik och molekylärbiologi.
Den första publicerade beskrivningen av denna svamp kom från ett angrepp i franska bagerier 1843. Sedan dess har Neurospora blivit föremål för omfattande forskning på grund av sin enkelhet i odling och sin lämplighet för genetiska studier.
Livscykel och morfologi
Neurospora crassa växer som ett nätverk av hyfer (mycel) och bildar både asexuella sporer (konidier) och sexuella sporer (ascosporer). I laboratoriemiljö odlas den ofta på enkla odlingsmedier där den snabbt bildar välavgränsade kolonier. Arten är huvudsakligen haploid under sin vegetativa fas, vilket förenklar genetiska analyser eftersom recessiva mutationer kommer till uttryck direkt i fenotypen.
Neurospora är i många populationer heterothallic med två parnings- eller könstyper (ofta betecknade A och a). Vid sexuell förökning sker meios och ascosporerna ordnas i tydliga, ordnade tetrader/oktader i asci, vilket gör att genetisk rekombination och korsningsanalyser kan studeras mycket noggrant.
Genetik, genomet och viktiga upptäckter
N. crassa användes av Edward Tatum och George Wells Beadle i deras banbrytande experiment på 1940-talet, vilket bidrog till att de belönades med Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1958. Beadle och Tatum bestrålade N. crassa med röntgenstrålar för att framkalla mutationer och visade hur mutationer kunde leda till avbrott i specifika metaboliska steg. Detta låg till grund för hypotesen "en gen, ett enzym", som senare utvecklades vidare av bland andra Norman Horowitz.
Hela dess arvsmassa, som består av sju kromosomer, har sekvenserats. I tidskriften Nature den 24 april 2003 rapporterades att N. crassas genom är fullständigt sekvenserat. Genomet är cirka 43 megabaser långt och innehåller ungefär 10 000 förutsagda gener. Ett internationellt projekt har dessutom arbetat för att generera stammar med knockout-mutanter för i stort sett varje N. crassa-gen, vilket ger ett kraftfullt verktyg för funktionella studier.
Unika genetiska mekanismer och verktyg
- RIP (Repeat-Induced Point mutation): Ett försvar mot upprepade sekvenser som muterar dubbletter under den sexuella cykeln, vilket påverkar genomets evolution och möjligheten att göra dubbelkopior.
- Quelling: Ett RNAi-liknande fenomen där introducerade dubbelsträngade RNA kan tysta gener i den vegetativa fasen.
- Meiotic silencing (MSUD): Ett system som tystar gener som inte är parade under meiosen och därmed upptäcker och motverkar opassande DNA.
Forskningsområden där Neurospora varit särskilt betydelsefull
Neurospora är en viktig modell för att studera många grundläggande biologiska processer. Exempel på områden där den bidragit stort:
- Cirkadiska rytmer — centrala klockgener som frequency (frq) och transkriptionsfaktorerna White Collar (WC-1, WC-2) har kartlagts i detalj.
- Epigenetik och genreglering — studier av DNA-metylering, histonmodifieringar och små RNA-mekanismer.
- Cellpolaritet och hyftillväxt — hur celler etablerar riktning och växer i längsled.
- Cellfusion och utveckling — mekanismer för hur hyfer möts och smälter samman samt utvecklingsprogram under sporulering.
- Biokemiska och metaboliska vägar — från klassiska enzymstudier till moderna systembiologiska analyser.
Ekologi och förekomst
I sin naturliga miljö återfinns N. crassa främst i tropiska och subtropiska områden. Ett karaktärsdrag är att den ofta fungerar som en "post-fire" koloniserare — den växer lätt på döda och kolade växtrester efter skogsbränder. Som saprotrof bryter den ned organiskt material och bidrar till näringskretsloppet.
Praktiska fördelar för laboratorieforskning
- Snabb och enkel odling på billiga medier.
- Haploid genetik ger tydliga fenotyper för mutationer.
- Möjlighet till kontrollerade korsningar och organiserad analys av meiosprodukter.
- Stort community och välutvecklade genetiska verktyg (mutantbibliotek, markörer, transformationstekniker).
Stammar, genetiska resurser och annat material för att arbeta med Neurospora finns tillgängligt från Fungal Genetics Stock Center. Den aktiva forskarkåren och de öppna resurserna gör N. crassa till en fortsatt central modellorganism inom molekylärbiologi och genetik.
Frågor och svar
F: Vad är Neurospora?
S: Neurospora är ett släkte av Ascomycete-svampar, där den mest kända arten är Neurospora crassa.
F: När publicerades den första beskrivningen av denna svamp?
S: Den första publicerade beskrivningen av denna svamp var från en angrepp på franska bagerier 1843.
F: Varför används N. crassa som modellorganism?
S: N. crassa används som modellorganism eftersom den är lätt att odla och har en haploid livscykel som gör genetisk analys enkel eftersom recessiva egenskaper kommer att synas i avkomman, och analysen av genetisk rekombination underlättas av det ordnade arrangemanget av meiosens produkter i Neurosporas ascosporer.
F: Vad vann Edward Tatum och George Wells Beadle för sina experiment med N. crassa?
Svar: Edward Tatum och George Wells Beadle fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1958 för sina experiment med N. crassa.
F: Hur lång är dess arvsmassa?
S: N. crassas genom är cirka 43 megabaser långt och innehåller cirka 10 000 gener.
F: Vilka projekt genomför forskarna när det gäller N. crassa?
S: Forskare genomför ett projekt för att ta fram stammar som innehåller knockout-mutanter av alla gener i N. crassa.
F: I vilken miljö kan Neurospora växa naturligt?
S: I sin naturliga miljö växer Neurospora på döda växter efter bränder, främst i tropiska och subtropiska områden.
Sök