2025年5月16日，四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張躍林教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)李昕教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際權(quán)威期刊Science雜志發(fā)表最新研究成果，題為 “Distribution of haploid chromosomes into separate nuclei in two pathogenic fungi”。該研究揭示了一種真菌染色體分配的全新機(jī)制，挑戰(zhàn)了經(jīng)典遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)理論。四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為該研究的第一完成單位和第一通訊單位。四川大學(xué)博士后徐妍、英屬哥倫比亞大學(xué)李昕教授的博士畢業(yè)生田雷以及在讀博士生譚金宜為論文的共同第一作者，張躍林教授與李昕教授為共同通訊作者。
在細(xì)胞分裂過(guò)程中，染色體的精確分配對(duì)于維持生物體的遺傳穩(wěn)定性和功能完整性至關(guān)重要。按照經(jīng)典理論，有絲分裂或減數(shù)分裂后，每個(gè)子細(xì)胞核應(yīng)當(dāng)至少獲得完整的一套單倍體染色體（1N），以確保細(xì)胞正常發(fā)育和功能發(fā)揮。染色體數(shù)目的異常，通常與衰老、癌癥、發(fā)育障礙等疾病密切相關(guān)。然而，最新研究卻發(fā)現(xiàn)，在某些特定真菌中，染色體并非始終以對(duì)稱(chēng)或均等方式分配。這一突破性的發(fā)現(xiàn)來(lái)自于對(duì)多核絲狀真菌——核盤(pán)菌（Sclerotinia sclerotiorum）的深入研究。
核盤(pán)菌的基因組包含16條染色體（1N=16）。利用高分辨率熒光顯微鏡統(tǒng)計(jì)雙核子囊孢子內(nèi)的染色體數(shù)量，研究人員發(fā)現(xiàn)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(yàn)顯示，結(jié)合特定染色體的DNA探針只在雙核孢子的一個(gè)細(xì)胞核中出現(xiàn)信號(hào)；作為對(duì)照的端粒探針則在兩個(gè)細(xì)胞核中均有熒光信號(hào)。這一結(jié)果表明，每個(gè)細(xì)胞核僅攜帶部分染色體。流式細(xì)胞術(shù)分析也支持這一結(jié)論：核盤(pán)菌細(xì)胞核的DNA含量?jī)H為整個(gè)基因組的一半。通過(guò)單個(gè)細(xì)胞核的DNA檢測(cè)進(jìn)一步證實(shí)，染色體被非對(duì)稱(chēng)地分配至不同細(xì)胞核中，且并無(wú)明顯分配規(guī)律。更令人驚訝的是，這一現(xiàn)象同樣存在于與核盤(pán)菌密切相關(guān)的灰霉菌（Botrytis cinerea）中。研究發(fā)現(xiàn)，灰霉菌的分生孢子平均包含4至6個(gè)細(xì)胞核，每個(gè)核僅包含3至8條染色體，而非完整的18條（1N=18）。這一發(fā)現(xiàn)表明，染色體不均分配機(jī)制在多核真菌中可能具有一定的普遍性。
這一研究成果挑戰(zhàn)了長(zhǎng)期以來(lái)遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)對(duì)染色體分配的固有認(rèn)知，為探索多核真菌的發(fā)育機(jī)制、適應(yīng)進(jìn)化和耐藥性產(chǎn)生提供了新視角。研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，這一“非對(duì)稱(chēng)染色體分配”機(jī)制可能暗藏著真菌的進(jìn)化智慧：1. 快速適應(yīng)環(huán)境變化：不同細(xì)胞核內(nèi)的基因組合差異，為真菌在不利條件下提供了更大的適應(yīng)空間，通過(guò)核間協(xié)作或競(jìng)爭(zhēng)，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。
從農(nóng)田中的“災(zāi)星”到科學(xué)探索中的“啟明星”，真菌再一次展示了自然界的復(fù)雜與精妙。這項(xiàng)研究不僅揭示了真菌的獨(dú)特生存策略，也為人類(lèi)理解多核生物發(fā)育及相關(guān)疾病機(jī)制提供了全新視角。正如研究團(tuán)隊(duì)所言：“生命總能找到出人意料的生存方式，而我們的探索才剛剛開(kāi)始?！?/span>
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圖1: 核盤(pán)菌（S. sclerotiorum）細(xì)胞核內(nèi)染色體分布模型對(duì)比圖。在經(jīng)典模型中，子囊孢子內(nèi)的兩個(gè)細(xì)胞核均含有完全相同的16條單倍體染色體組（1N=16）；而在新模型中，16條染色體以不規(guī)則方式分配至兩個(gè)細(xì)胞核內(nèi)。熒光顯微鏡圖像顯示的是核盤(pán)菌SsH4-mCherry菌株子囊孢子中的細(xì)胞核。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
圖2: 灰霉菌（B. cinerea）細(xì)胞核內(nèi)染色體分布模型對(duì)比圖。在經(jīng)典模型中，分生孢子內(nèi)的多個(gè)細(xì)胞核均含有完全相同的18條單倍體染色體組（1N=18）；而在新模型中，18條染色體以不規(guī)則方式分配至同一個(gè)孢子的不同細(xì)胞核內(nèi)。熒光顯微鏡圖像顯示的是灰霉菌組蛋白 H1-eGFP菌株分生孢子中的細(xì)胞核。
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