細胞核定義了真核生物，使大分子得以分隔并實(shí)現細胞調控。每個(gè)細胞核被認為包含一套或多套單倍體染色體（1N）。
2025 年 5 月 15 日，四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張躍林教授團隊聯(lián)合加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)李昕教授團隊（徐妍、田雷、譚金宜為共同第一作者），在國際頂尖期刊Science上發(fā)表了題為：Distribution of haploid chromosomes into separate nuclei in two pathogenic fungi的研究論文，四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為該論文第一完成單位和第一通訊單位。
該研究揭示了真菌染色體分配的一種全新機制，挑戰了經(jīng)典遺傳學(xué)和細胞生物學(xué)理論，為染色體生物學(xué)開(kāi)辟了新途徑。
在這項最新研究中，研究團隊發(fā)現，病原真菌核盤(pán)菌（Sclerotinia sclerotiorum）和灰霉菌（Botrytis cinerea）的單倍體細胞在分配染色體時(shí)，每個(gè)細胞核中只含有單倍體染色體的子集（≤ 1/2 N）。研究團隊通過(guò)細胞學(xué)和分子學(xué)方法，包括染色體計數、熒光原位雜交、基于流式細胞術(shù)的 DNA 測量，以及單細胞核聚合酶鏈反應實(shí)驗，對這種不尋常的染色體分布情況進(jìn)行了確認。
具體來(lái)說(shuō)，核盤(pán)菌（Sclerotinia sclerotiorum）的基因組包含 16 條染色體（1N = 16），利用高分辨率熒光顯微鏡統計雙核子囊孢子內的染色體數量，研究團隊發(fā)現，其每個(gè)孢子僅含約 16 條染色體，而非理論上的 32 條。進(jìn)一步的熒光原位雜交實(shí)驗顯示，結合特定染色體的 DNA 探針只在雙核孢子的一個(gè)細胞核中出現信號；作為對照的端粒探針則在兩個(gè)細胞核中均有熒光信號。這一結果表明，每個(gè)細胞核僅攜帶部分染色體。流式細胞術(shù)分析也支持這一結論：核盤(pán)菌細胞核的 DNA 含量?jì)H為整個(gè)基因組的一半。通過(guò)單個(gè)細胞核的 DNA 檢測進(jìn)一步證實(shí)，染色體被非對稱(chēng)地分配至不同細胞核中，且并無(wú)明顯分配規律。
更令人驚訝的是，這一現象同樣存在于與核盤(pán)菌密切相關(guān)的灰霉菌（Botrytis cinerea）中。研究團隊發(fā)現，灰霉菌的分生孢子平均包含 4-6 個(gè)細胞核，而每個(gè)細胞核僅包含 3-8 條染色體，而非完整的 18 條（1N = 18）。這表明染色體不均分配機制在多核真菌中可能具有一定的普遍性。
核盤(pán)菌會(huì )以不規則方式將其 16 條單倍體染色體分配到兩個(gè)細胞核中
灰霉菌會(huì )以不規則方式將其 18 條單倍體染色體分配到同一個(gè)孢子的不同細胞核中
這些發(fā)現挑戰了長(cháng)期以來(lái)遺傳學(xué)和細胞生物學(xué)對染色體分配的固有認知，為探索多核真菌的發(fā)育機制、適應進(jìn)化和耐藥性產(chǎn)生提供了新視角。
研究團隊進(jìn)一步推測，這種“非對稱(chēng)染色體分配”機制可能暗藏著(zhù)真菌的進(jìn)化智慧：
1、快速適應環(huán)境變化：不同細胞核內的基因組合差異，為真菌在不利條件下提供了更大的適應空間，通過(guò)核間協(xié)作或競爭，加速優(yōu)良基因組合的篩選與保留；
2. 提升抗藥性演化速度：以抗藥性著(zhù)稱(chēng)的灰霉菌，可能正是通過(guò)染色體拆分，加快了產(chǎn)生突變和耐藥基因的速度。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7811
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