29. Основные характеристики геномов грибов

Дрожжи – удобный модельный объект, это редуцированные аскомицеты. Два наиболее изученных вида дрожжей – Schizosacharomyces pombe и Sacharomyces cerevisiae, оба одноклеточные, имеют похожие геномы, между ними полмиллиарда до миллиарда по различным оценкам лет эволюции. Понятно, что был какой-то общий аскомицетный предок, от которого эти виды произошли. Пример филогенетического древа, эти грибы родственны другим грибам, другие эукариоты довольно обособлены. Основный характеристики геномов на первый взгляд схожи. У Sacharomyces cerevisiae 16 хромосом, у Schizosacharomyces pombe их всего 3. Число генов также существенно различается, первые оценки были существенно больше для обоих видов однако с каждым годом число кодирующих генов уменьшается. Около 5500 для Schizosacharomyces pombe, для Sacharomyces cerevisiae около 5000 генов. Существенные отличия начинаются, если посмотреть, сколько генов с интронами, у Schizosacharomyces pombe стандарный эукариотический геном, значительная часть генов (43%) с интронами, в случае, если интроны есть, он может быть один, может быть много. В случае Sacharomyces cerevisiae по различным оценкам от 3 до 5 % генов с интронами, во всех случаях кодирующая последовательность никогда не прерывается, когда интрон есть он в самом начале 5' некодирующей области располагается. В целом плотность генов от 1 гена на 2,5 тысячи нуклеотидов. Если посмотреть, какой процент генома кодирует белки, то это порядок 60-70 %. Однако помимо генов, кодирующих белки, есть гены тРНК, есть гены рРНК, могут быть локализованы в виде тандемных повторов, могут быть разбросанными по геному, быть локализованными в центромерных и теломерных областях, наконец есть гены малых ядерных РНК, какое-то количество транспозонов. У пивных дрожжей меньше, у хлебных больше, есть также какое-то количество длинных концевых повторов, эта часть транспозонов ретровирусные, в дрожжах очень эффективно идёт гомологичная рекомбинация, поскольку ретротранспозоны ограничены двумя прямыми повторами, рекомбинация между ними выбрасывает центральную часть ретротранспозона, остаётся одиночный повтор, у дрожжей они называются дельта-последовательности. Существенное различие между этими дрожжами состоит в строении их теломерных и центромерных областей. У Sacharomyces cerevisiae достаточно просто устроенная центромера, менее сотни н.п., у пивных дрожжей строение центромеры близко к строению стандартной центромеры эукариот - это несколько десятков тысяч н.п. , в которых есть различные наборы различных повторов, часть из них так и называется – центромерные повторы, которые больше нигде не встречаются, скорее всего именно с этими повторами взаимодействуют белки, отвечающие за формирование веретена деления, присутствуют гены тРНК (показаны на слайде значками) и во многих случаях транспозоны присутствуют, у дрожжей это не характерно, так как их мало в геноме, у других эукариот они присутствуют.

Пару слов о геномном дрожжевом проекте. Два дрожжевых генома совершенно в разное время секвенировали, Sacharomyces cerevisiae были первым секвенированным эукариотическим организмом, а Schizosacharomyces pombe секвенировали в районе 2000 года (Пол Нёрс , Нобелевская премия), интерес к сиквенсу пивных дрожжей связан с тем, что именно на них исследовалось клеточное деление, Предстояло выяснить, какие гены деления являются общими, выделить ключевые гены деления, характерные для большинства эукариот. Однако не нашлось генов, кроме тех, которые были выявлены классическими генетическими методами. Первый дрожжевой геном сделан был ещё классическим подходом - составление сначала физических карт всех 16 хромосом, которые показали наличие большого числа дубликаций в геноме, хромосомы были розданы по лабораториям, по всему миру занимались секвенированием этого генома, однако тогда ещё не во всех лабораториях стояли автоматические флюорисцентные секвенаторы, секвенирование делалось вручную на ручных секвенаторах, выходило очень много диссертаций с сиквенсом и характеристикой отдельных хромосом. В итоговой статье получилось 600 авторов. В ходе секвенирования шёл активный обмен информацией между ключевыми группами, сформировалось Дрожжевое сообщество. Смысл этого проекта был двояким – получить сам сиквенс и сформировать коллектив, который дальше бы занимался дальнейшими исследованиями, выяснением функций генов.

Schizosacharomyces pombe имеют стандартные теломеры и теломеразу, Sacharomyces cerevisiae такового фермента, как теломераза не имеют. Считается, что один из Ty-транспозонов (Ty-5) взял на себя эту функцию, то есть обратная транскриптаза отвечает за репликацию концов 16 хромосом. Была надежда, что процессы старения на дрожжах можно будет активно изучать, однако их можно изучать лишь на пивных дрожжах лишь с большой натяжкой, на Sacharomyces cerevisiae это невозможно, у них просто нет фермента теломеразы.