劫持细胞分裂有助于推动真菌的繁殖

一项新的研究发现，在土壤，水和空气中到处发现的超过90,000种蘑菇，霉菌，酵母和其他真菌可能是因为它们能够生长，传播，甚至导致疾病的机会性病毒。十亿年前。在5月10日的eLife杂志上，来自杜克大学和斯坦福大学的研究人员表示，一种病毒蛋白可能侵入了早期真菌的基因组并劫持了它们的细胞分裂控制机制，随着真菌细胞的生长和分裂，将真菌复制成更多的病毒。所述病毒蛋白最终被其主机通过并结合到真菌基因组中，产生一个家庭，现在生产的孢子，侵入宿主组织和其它真菌的特性关键蛋白质。

“该事件可能引发或促进了整个真菌王国的出现，”杜克大学生物学助理教授Nicolas Buchler说。Buchler说，这项研究有朝一日可以帮助科学家开发出新型的抗真菌药物，这些药物可抑制真菌中的细胞分裂，但不能抑制其植物或动物宿主的细胞分裂。

细胞生长和分裂的循环受到严格控制。没有它，生物不能从一个受精卵变成一个成年人，更换破旧的细胞或治愈损伤。未经检查，细胞分裂可导致人类和其他动物的癌症。近几十年的研究表明，用于控制该过程的分子机器植物和动物包括一些与真菌中的对应物几乎没有相似性的蛋白质。

在植物和动物中，称为E2F转录因子的蛋白质家族控制细胞分裂的早期阶段，根据需要打开和关闭基因，因为一个细胞准备分裂成两个。称为SBF的不同蛋白质在真菌中起着相同的作用。这引出了一个问题：如果动物和植物中的细胞周期控制蛋白质或多或少相同，那么在真菌中发挥相同作用的蛋白质 - 与动物关系比任何一组都更接近植物 - 是如何进入的那么不同?

为了找到答案，Buchler及其同事搜索了数百种真核生物的基因组序列，这些真核生物包括所有真菌，植物和动物，包括人类。

他们检查了变形虫，藻类和其他生物体的细胞周期控制蛋白质，类似于真菌中发现的SBF蛋白质，但没有任何结果。

唯一的比赛根本不是植物或动物，而是病毒。结果表明，真菌在大约10亿年前与动物分离后独立获得了SBF蛋白，最有可能来自感染真菌祖先细胞并渗入其基因组的病毒。

该病毒可能为了其自身的利益而征服其宿主的细胞周期控制，但真菌可能已经发现该蛋白质有用并通过称为水平基因转移的过程采用它。

研究人员说，通过对这些病毒衍生基因进行归零，这些基因现在在真菌生长中起着关键作用，科学家们可能能够找到新的方法来对抗导致疾病的真菌。

威胁生命的真菌感染如隐球菌性脑膜炎和真菌性肺炎每年导致150万人死亡。这种感染对于免疫系统受损的人尤其危险，包括器官移植受者或患有癌症或HIV的人。

真菌病原体不仅限于人。作物中的腐烂和植物病害，蝙蝠的白鼻综合征和蜜蜂的集落崩溃症都是由真菌引起的。

现在，研究人员正试图了解真菌的细胞周期控制机制是如何被选择的，而不会对细胞的生命造成严重破坏。

他们专注于在真菌家谱的基部附近早期分枝的真菌，例如称为壶菌的土壤栖息真菌。认为这些物种中的细胞分裂受E2F蛋白家族和真菌特有的SBF蛋白的控制。该模式表明，真菌进化经历了一个过渡状态，其中两个细胞周期控制器共存于大多数真菌的祖先中，然后E2F丢失并被其病毒替代物取代。

在使用单细胞真菌Saccharomyces cerevisiae或酿酒酵母的实验中，Buchler及其同事表明，酵母中的SBF蛋白可以与动物中的E2F对应物结合相同的DNA片段，这支持了SBF能够采取的观点。通过激活与其前身相同的基因靶点。

“真菌细胞周期从未停止，只是经历了两个控制开关竞争同一遗传房地产的时期，”Buchler说。