Белок для «гравитационного кристалла» закодирован в гене, который гриб когда-то позаимствовал у бактерии.

Когда питательных веществ вокруг становится мало, плесневый грибок Phycomyces blakesleeanus поступает так же, как многие другие грибы – он формирует плодовые тела со спорами. Споры могут пережить неблагоприятные условия, кроме того, их можно отправить куда-то в новое место, где жить, может быть, будет проще. Плодовые тела грибка тянутся от мицелия вверх, чтобы лучше разбросать споры. Но как гриб понимает, где верх, а где низ?

Плодовые тела гриба Phycomyces blakesleeanus. (Фото: markbower47 / Flickr.com) 

Плодовые тела гриба Phycomyces blakesleeanus и фото вакуоли с кристаллом белка внутри. (Фото: Tu Anh Nguyen / The National University of Singapore)

Известно, что P. blakesleeanus чувствует гравитацию: в его клетках есть крупные мембранные пузырьки-вакуоли, в которых плавает белковый кристалл. Кристалл этот достаточно велик, и потому старается упасть на дно вакуоли, и гриб, ощущая перемещения кристалла, делает вывод, в какую сторону нужно отращивать плодовое тело.

Исследователи из Национального университета Сингапура решили узнать подробнее, из какого белка сделан «гравитационный кристалл» и что за ген его кодирует. В статье в PLоS Biology говорится, что белок, получивший название OCTIN, закодирован в гене, который гриб некогда получил от бактерии: сравнение генетических последовательностей показало, что у гена octin есть явные бактериальные родственники.

Само по себе это не так уж удивительно: мы неоднократно писали о так называемом горизонтальном переносе генов, когда последовательности ДНК передаются не по вертикали, не от родителей к детям (то есть не от родительской клетки к дочерней), а по горизонтали, между взрослыми клетками.

Горизонтальный перенос генов чрезвычайно широко распространен среди бактерий и архей, и в последнее время появляется все больше сообщений о том, что он происходит и среди эукариотических организмов (к которым относятся и грибы), и что гены таким образом могут путешествовать даже между разными царствами – например, между бактериями и грибами. Скажем, умение сотрудничать с растениями появилось у грибов как раз благодаря бактериальным генам. И предок P. blakesleeanus вполне мог позаимствовать свой octin у какой-нибудь бактерии.

Но у самих бактерий в клетках для больших белковых кристаллов просто нет места. Те бактериальные белки, которые оказались родственны грибковому OCTIN, тоже складываются кристаллические структуры, но только в очень маленькие. Поэтому способность белка кристаллизоваться в естественных условиях следовало как-то развить. Действительно, у грибкового OCTIN в ходе эволюции появилось больше аминокислот, которые помогают прочно скрепить разные молекулы белка друг с другом (то есть в ходе естественного отбора преимущество получали те экземпляры гриба, у которых в белке появлялись подходящие мутации).

Также выяснилось, что сразу после синтеза OCTIN кристаллизуется плохо, и чтобы он начал кристаллизоваться хорошо, его нужно разрезать на две части – только после такой операции получится достаточно большой кристалл. Но фермент, который режет OCTIN, есть только в той самой вакуоли. Таким образом, сборка «гравитационного кристалла» происходит только там, где нужно.

Не совсем понятно, для чего этот белок был нужен той бактерии, от которой грибок его получил, и что этот белок, пока еще не способный формировать крупные кристаллы, делал поначалу в самом грибке. Возможно, что даже в виде очень небольших частиц он все равно как-то помогал различать верх и низ, пусть и не очень эффективно.

Кстати говоря, похожий белок взяли у бактерий и грибы другого рода, Oomyces, но работает ли он у них таким же гравитационным датчиком или же выполняет какую-то другую функцию, станет ясно после дальнейших исследований.

По материалам Phys.org.