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        1. 脈孢菌的特征和在生物技術中的用途

          脈孢菌屬子囊菌屬真菌,俗稱紅面包霉菌?!癗eurospora”這個名字來自性孢子上的神經狀條紋,也稱為子囊孢子。它們產生稱為分生孢子的橙色無性孢子。N. crassa 是該屬的著名物種,已廣泛用于表觀遺傳學、晝夜節律、光生物學等許多研究。脈孢菌在無性階段產生單倍體孢子(分生孢子),發芽形成多個分枝的菌絲,它們結合在一起形成菌絲體。在有性生殖中,不同的交配型菌株融合在一起形成子實體。這些子實體(perithecia)將子囊孢子射向光線。

          神經孢子菌在自然棲息地,圖片描繪了葡萄牙一棵被燒毀的樹上的粗糙豬籠草的生長

          神經孢子菌在自然棲息地,圖片描繪了葡萄牙一棵被燒毀的樹上的粗糙豬籠草的生長

          文章索引(點擊跳轉)

          有助于研究的脈孢菌特征

          • 10-15 天的短暫生命周期有助于研究人員在短時間內獲得結果。

          • 它們是單倍體,這意味著與人類不同,它們只有一組染色體。這有助于在后代中表達顯性和隱性基因。

          • 已繪制出脈孢菌的全基因組圖。這有助于研究人員通過基因操作創造基因敲除來識別每個基因的作用。

          • 脈孢菌在四分體分析中很有用。四分體,一組四個孢子,是減數分裂的結果。這有助于研究人員研究減數分裂、交叉和重組等現象。

          • 脈孢菌優于其他模式生物,如大腸桿菌和釀酒酵母,因為它們與高等真核生物具有相似的特征,如 DNA 甲基化、晝夜節律等。

          • 遺傳操作工具可用于脈孢菌屬。野生型和突變(敲除)菌株很容易獲得,有助于分析特定基因的作用。

          用途

          在生物技術研究

          N. crassa 是 Dodge 在 20 年代后期第一個用作實驗模型的物種。從那時起,它被廣泛用于許多研究,如光生物學、表觀遺傳過程、種群生物學、晝夜節律等。Neurospora 是 Beadle 和塔圖姆。根據這一理論,每一個基因都編碼一種酶,該酶又負責代謝途徑中的一個步驟。他們通過將孢子暴露于輻射來制造脈孢菌突變體,并將它們在含有最少培養基的單獨試管中生長。他們觀察到突變孢子在基本培養基中死亡,因為它們無法制造其生長所需的特定關鍵分子。

          在研究晝夜節律

          晝夜節律是一個 24 小時的生物鐘,它使內部生理與外部世界同步。它也被稱為睡眠-覺醒周期。這些是主要對光明和黑暗做出反應的身體和行為變化。晝夜節律是幾乎所有生物中都存在的內生時鐘。脈孢菌一直是研究人類晝夜節律過程和生理學的重要模型。像人類一樣,脈孢菌屬的晝夜節律具有三個部分——輸入、中央振蕩器和輸出。中央振蕩器的功能是產生大約 24 小時的節奏。核心復合物有兩組蛋白質對,負臂和正臂。負臂包含 FRQ/FRH 復合體 (FFC) 和 CK1,而正臂包含白領復合體 (WWC)。WWC由WC1和WC2組成,刺激 frq 的表達。在脈孢菌屬中,晝夜節律開始于主觀夜間,此時 WCC 與 frq 啟動子結合并開始 frq mRNA 的翻譯。FRQ 蛋白與 FRH 結合形成 FRQ-FRH 復合物 (FFC),然后進入細胞核。在細胞核中,它與 CK1 形成復合物,通過磷酸化 WCC 來抑制 WCC。WCC 最終停止 frq 翻譯并退出核。到下午晚些時候,缺乏 WCC 會降低 FRQ 的合成。這導致 FRQ 被 SCF-泛素連接酶復合物降解。未結合的 WCC 然后結合 frq 啟動子并開始將其翻譯成 FRQ 蛋白,然后循環再次開始。FRQ 蛋白與 FRH 結合形成 FRQ-FRH 復合物 (FFC),然后進入細胞核。在細胞核中,它與 CK1 形成復合物,通過磷酸化 WCC 來抑制 WCC。WCC 最終停止 frq 翻譯并退出核。到下午晚些時候,缺乏 WCC 會降低 FRQ 的合成。這導致 FRQ 被 SCF-泛素連接酶復合物降解。未結合的 WCC 然后結合 frq 啟動子并開始將其翻譯成 FRQ 蛋白,然后循環再次開始。FRQ 蛋白與 FRH 結合形成 FRQ-FRH 復合物 (FFC),然后進入細胞核。在細胞核中,它與 CK1 形成復合物,通過磷酸化 WCC 來抑制 WCC。WCC 最終停止 frq 翻譯并退出核。到下午晚些時候,缺乏 WCC 會降低 FRQ 的合成。這導致 FRQ 被 SCF-泛素連接酶復合物降解。未結合的 WCC 然后結合 frq 啟動子并開始將其翻譯成 FRQ 蛋白,然后循環再次開始。

          作為光生物學研究的模型

          光影響幾乎所有生物的生物和生理過程。脈孢菌已被用作研究生物反應的工具,例如光在控制晝夜節律中的作用、有性(子囊孢子)和無性(分生孢子)結構的發育、子囊孢子傳播的方向等。研究發現,這些生物對光的反應涉及光誘導的脈孢菌基因調控。研究發現,近 5.6% 的基因在受光刺激時表現出快速轉錄。研究發現,造成脈孢菌的光反應主要是紫外線/藍光。對突變體的遺傳分析表明,光感受器 WC-1 和 WC2 形成了一個復雜的 WCC,它與特定的 DNA 序列結合并開始表達許多光響應基因。

          脈孢菌DNA甲基化研究

          DNA甲基化是通過將甲基轉移到DNA中的胞嘧啶上來調節基因表達的表觀遺傳過程。胞嘧啶的甲基化抑制轉錄因子與 DNA 序列的結合。在真核生物中,DNA甲基化在基因組印記、基因沉默和X染色體失活等過程中發揮著重要作用。脈孢菌已被證明是研究 DNA 甲基化的原因和作用的優秀系統。DNA 甲基化在脈孢菌中不是強制性的,使其成為研究甲基化的重要模型。對脈孢菌屬、擬南芥屬和小鼠的研究表明,在不同的真核生物和原核生物中,DNA甲基化的功能和過程存在相似之處。發現阻斷脈孢菌中組蛋白的去乙?;瘯档?DNA 甲基化。還發現脈孢菌中dim5和dim2基因的突變阻礙了DNA甲基化的過程。研究表明,在脈孢菌中,DNA 甲基化依賴于 DIM-2(DNA 甲基轉移酶),由 DIM-5(組蛋白 H3 甲基轉移酶)指導??茖W家們從脈孢菌中分離出甲基化 DNA,發現甲基化序列由因重復序列而發生突變的轉座子組成。這些研究得出結論,脈孢菌屬使用 DNA 甲基化作為防御機制來對抗重復或重復的序列(轉座因子)??茖W家們從脈孢菌中分離出甲基化 DNA,發現甲基化序列由因重復序列而發生突變的轉座子組成。這些研究得出結論,脈孢菌屬使用 DNA 甲基化作為防御機制來對抗重復或重復的序列(轉座因子)??茖W家們從脈孢菌中分離出甲基化 DNA,發現甲基化序列由因重復序列而發生突變的轉座子組成。這些研究得出結論,脈孢菌屬使用 DNA 甲基化作為防御機制來對抗重復或重復的序列(轉座因子)。

          脈孢菌中的程序性細胞死亡 (PCD)

          程序性細胞死亡,也稱為細胞自殺,是一個去除不需要的細胞的過程。在這個過程中,不需要的細胞通過細胞凋亡或自噬從體內清除。各種觸發因素,如暴露于壓力、病毒入侵可導致脈孢菌中的程序性細胞死亡。PCD 還涉及其他生命過程,如有性和無性生殖、衰老、真菌非自我識別。當基因不同的菌株之間發生菌絲融合時,會發生脈孢菌中的細胞死亡。這會觸發融合室和相鄰細胞中的細胞死亡,導致異核體形成排斥,這被稱為異核體不相容性。這些不相容的異核體中的程序性細胞死亡導致質膜收縮 DNA 凝聚,然后是細胞死亡。據觀察,某些化學物質,如植物鞘氨醇 (PHS) 也可以誘導脈孢菌中的細胞死亡。PHS 是一種具有抗真菌特性的鞘脂。研究人員表明,用 PHS 治療脈孢菌會導致 ROS(活性氧)產生、冷凝和 DNA 片段化,從而導致細胞死亡。

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