Neurospora: seeneperekond ja mudelorganism (Neurospora crassa)
Neurospora on ascomycete seente perekond. Selle perekonna tuntuim liik on Neurospora crassa, mis on geneetikas ja molekulaarbioloogias levinud mudelorganism.
Taksonoomia ja välimus
Neurospora kuulub tolmseente hulka ja eristub iseloomulike askoosporide (seksuaalsete sporide) poolest. Nimi "Neurospora" viitab askoosporide kortsulisele või ribulisele (närvilisele) välimusele. Seened moodustavad nii asexuaalseid koniidisid kui ka seksuaalseid aske, ning mikrostruktuurid on kergesti jälgitavad kerge mikroskoobi abil.
Elutsükkel ja paljunemine
N. crassa't kasutatakse mudelorganismina, sest seda on lihtne kasvatada ja selle haploidne elutsükkel muudab geneetilise analüüsi lihtsaks: mutatsioonide ilmingud avalduvad kohe järglastel, kuna geenidest on koos üks alleel. Aseksuaalse paljunemise puhul tekivad arvukad koniidid, mis levivad õhu kaudu. Seksuaalne paljunemine toimub, moodustades aske, mille sees on tavaliselt kaheksast järjestikust meioosiproduktide ehk askoospoori — see korrastatud paigutus võimaldab täpset rekombinatsiooni ja pärilikkusanalüüsi.
Liigilised paaritumismääratlused (mating type) ja võimalus heterokarüoosi (mitme genotüübiga tuumade sama rakusisene kooseksisteerimine) kaudu uurida geenide toimeid teevad Neurosporast mugava süsteemi nii klassikaliste kui molekulaarsete meetodite jaoks.
Ajalugu ja teaduslik tähtsus
Esimesed avaldatud andmed selle seene kohta pärinevad 1843. aastast, kui seda täheldati pärast pagaritöökodade nakatumisi. 1940. aastatel kasutasid Edward Tatum ja George Wells Beadle N. crassa't geneetiliste eksperimentideks, mille eest nad said 1958. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiinipreemia. Beadle ja Tatum eksposeerisid N. crassa't röntgenkiirgusele, mis tekitas mutatsioone, ning identifitseerisid seejärel ainevahetusradade rikkeid, mis olid põhjustatud vigadest spetsiifilistes ensüümides. Nende töö viis hüpoteesini "üks geen, üks ensüüm", mida edaspidi täpsustati ja laiendati; Norman Horowitz jätkas nende ideede arendamist, kasutades samuti Neurospora'd.
Hiljem on Neurospora mänginud keskset rolli mitmetes molekulaarbioloogilistes avastustes: sellest on saadud olulist infot tsirkadiaanrütmi (näiteks frequency-süsteemi), epigeneetika ja geenide vaigistamise (sh RNA‑vahendatud mehhanismide) kohta, samuti rakupoolsuse, rakkude ühinemise ja arengu molekulaarsete mehhanismide uurimisel.
Genoom ja geneetilised tööriistad
Ajakirja Nature 24. aprilli 2003. aasta numbris teatati N. crassa genoomi täielikust sekveneerimisest. Genoomi pikkus on umbes 43 megabaasi ja see sisaldab ligikaudu 10 000 geeni. Genoomi avalikuks saamisel on arenenud klassikalised ja kõrge läbilaskevõimega molekulaarmeetodid: geenide funktsioonide uurimiseks kasutatakse geenide knockout'e, transgeenimist (näiteks GFP‑märgistusi), ning laialdaselt on loodud mutanttüvede kogu.
Käimas on (ja on olnud) ka laiemad projektid, mille eesmärk on toota tüvesid, mis sisaldavad iga N. crassa geeni knockout‑mutatsioone ning teisi sihipäraseid rekombinante, mis võimaldavad süsteemset funktsionaalset genomikat ja kõrgetasemelist genotüübi‑fenotüübi seoste analüüsi.
Ökoloogia ja levik
Looduslikus keskkonnas esineb N. crassa peamiselt troopilistes ja subtroopilistes piirkondades. Ligikaudu iseloomulikuks on võime koloniseerida surnud taimestikku, eriti pärast metsa- või niidupõlenguid — seetõttu leitakse seda sageli pärast tulekahjusid kasvamas põlenud taimse aine peal, kus see osa ökosüsteemi lagundajast ja tagasi toitainete ringluse taastajast.
Kultiveerimine ja laboripraktika
N. crassa kasvatamine laboris on suhteliselt lihtne: see kasvab kiirelt standardsetes söötmetes, moodustab nähtavaid kolooniaid ja toodab asexuaalseid koniide, mida saab kergesti koguda. Haploidne elutsükkel lihtsustab klassikalist ristsüsteemide planeerimist ja fenotüübi jälgimist järglastel. Meetodid nagu transformatsioon, selektsioon, PCR‑põhised strateegiad ja valgumärgistused on laialdaselt rakendatud.
Üldiselt ei peeta N. crassa't inimese patogeeniks ning see on laboritingimustes laialt kasutatav. Laboriohutuse üldised reeglid ja hea mikrobioogiline praktika kehtivad siiski alati, eriti tolmsete sporide leviku vähendamiseks.
Ressursid
Neurospora't kasutatakse aktiivselt teadusuuringutes üle kogu maailma. Tüved ja muud materjalid Neurosporaga töötamiseks on saadaval Fungal Genetics Stock Center'is. Selle kõrval pakuvad erinevad laborisüsteemid andmebaase, genoomi‑andmeid, mutantikoole ja protokolle, mis lihtsustavad töötamist nii algajatele kui kogenud uurijatele.
Küsimused ja vastused
K: Mis on neurospora?
V: Neurospora on ascomycete seente perekond, mille tuntuim liik on Neurospora crassa.
K: Millal avaldati selle seene esimene kirjeldus?
V: Esimene avaldatud aruanne selle seene kohta pärineb 1843. aastal Prantsuse pagariäride nakatumisest.
K: Miks kasutatakse N. crassa't mudelorganismina?
V: N. crassa't kasutatakse mudelorganismina, sest seda on lihtne kasvatada ja selle haploidne elutsükkel muudab geneetilise analüüsi lihtsaks, kuna järglastel ilmnevad retsessiivsed tunnused ja geneetilise rekombinatsiooni analüüsi hõlbustab neurospora askoosporide meioosiproduktide korrastatud paigutus.
Küsimus: Mida võitsid Edward Tatum ja George Wells Beadle oma katsete eest N. crassa'ga?
V: Edward Tatum ja George Wells Beadle said 1958. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinna oma katsete eest N. crassa'ga.
K: Kui pikk on selle genoom?
V: N. crassa genoom on umbes 43 megabaasi pikkune ja sisaldab umbes 10 000 geeni.
K: Millise projektiga tegelevad teadlased seoses N. crassaga?
V: Teadlased tegelevad projektiga, mille eesmärk on toota tüvesid, mis sisaldavad iga N. crassa geeni knockout-mutatsioone.
K: Millises keskkonnas võib Neurospora looduslikult kasvada?
V: Looduslikus keskkonnas võib Neurospora kasvada surnud taimede peal pärast tulekahjusid, peamiselt troopilistes ja subtroopilistes piirkondades.
