Veel paddenstoelen hebben twee verschillende kernen in hun cellen, een van de ‘vader’ en een van de ‘moeder’. Onderzoekers van de universiteiten Delft, Utrecht en Wageningen hebben nu ontdekt dat de genen van de ouderlijke DNA’s op verschillende momenten in de ontwikkeling van de paddenstoel tot expressie komen. “Dit betekent dus dat als genen worden geïdentificeerd die betrokken zijn bij paddenstoelvorming, we voortaan eerst moeten uitzoeken of de vaderlijke of de moederlijke kern actief is,” aldus promovendus Thies Gehrmann van de TU Delft.
De resultaten van het onderzoek zijn op 11 april gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
Bier en brood
Schimmels, zoals paddenstoelen, spelen een belangrijke rol in ons ecosysteem. In de natuur zorgen ze voor de recycling van dode planten en dieren. Wij mensen voeden ons niet alleen met paddenstoelen, maar gebruiken ze ook in de bereiding van voedsel, zoals brood en bier, en als bioreactoren voor het maken van onder meer medicijnen. Ze spelen bovendien een directe rol in de gezondheid van de mens, omdat ze infecties kunnen veroorzaken. Om het potentieel van paddenstoelen (en breder: schimmels) te kunnen benutten, en hun ongewenste effecten te voorkomen, is een beter begrip van schimmels nodig. Paddenstoelen zijn echter zeer complexe organismen, ook qua genetische processen.
DNA niet vermengd
De onderzoekers uit Delft, Utrecht en Wageningen keken in deze studie naar de expressie van genen in paddenstoelen, zowel in een modelpaddenstoel als in de witte paddenstoel die wij eten. Ze bestudeerden het bijzondere fenomeen dat de Delftse promovendus Thies Gehrmann ontdekte. ”Veel schimmels hebben twee verschillende kernen in hun cellen, elk met ander genetisch materiaal. Een paddenstoel krijgt zijn DNA ook van beide ouders, maar dit wordt niet vermengd in een enkele kern, zoals bij de mens. We hebben nu gezien dat genen op de beide ouderlijke DNA’s op verschillende momenten in de ontwikkeling tot expressie komen – wat voorheen niet bekend was.”
Impact
De impact van deze bevinding is dat voortaan eerst uitgezocht moet worden of de vaderlijke of de moederlijke kern actief is als men paddenstoelen bestudeert, bijvoorbeeld in de zoektocht naar genen betrokken bij paddenstoelvorming. Dit nieuwe inzicht in de moleculaire mechanismen van het paddenstoelen-DNA, kan bijvoorbeeld gebruikt worden in de stamveredeling voor het verbeteren van de kweek van eetbare paddenstoelen, zoals de champignon.
Alternatieve splicing
De publicatie in PNAS komt voor een belangrijk deel voort uit het proefschrift van Thies Gehrmann, die op vrijdag 6 april promoveerde aan de TU Delft. ‘Voor mijn promotieonderzoek heb ik bioinformaticamethoden ontwikkeld en toegepast om variaties binnen en tussen paddenstoelvormende schimmels te begrijpen. Het fenomeen dat we nu in PNAS beschrijven, is daar een voorbeeld van. Daarnaast laat ik zien dat ook een ander proces, alternatieve splicing, een deel van de variaties veroorzaakt. Bij schimmels is het moeilijk om dit fenomeen te bestuderen en als gevolg daarvan was het overheersende geloof dat er geen splicing plaatsvond.’
Duizenden gevallen
Alternatieve splicing is een proces in de cel waardoor één enkel gen verschillende eiwitten kan produceren, elk met zijn eigen functie. Afwijkende alternatieve splicing en mutaties in de producten van alternatieve splicing, zijn in verband gebracht met kanker, autisme en ernstige ontwikkelingsstoornissen, zowel bij muizen als bij mensen. Ondanks die grote gevolgen voor zoogdieren, is alternatieve splicing in schimmels echter nog nauwelijks onderzocht. ‘Thies Gehrmann heeft nu voor de schimmel S. commune laten zien dat hierin duizenden gevallen van alternatieve splicing voorkomen.
Dit onderzoek is gefinancierd door Technologiestichting STW, tegenwoordig NWO-domein Toegepaste en Technische Wetenschappen.
Meer informatie
Nucleus-specific expression in the multinuclear mushroom-forming fungus Agaricus bisporus reveals different nuclear regulatory programs, Thies Gehrmann, Jordi F. Pelkmans, Robin A. Ohm, Aurin M. Vos, Anton S. M. Sonnenberg, Johan J. P. Baars, Han A. B. Wösten, Marcel J. T. Reinders and Thomas Abeel. Proceedings of the National Academy of Sciences, April 2018, 201721381; DOI:10.1073/pnas.1721381115.
Persbericht September 2016 TU Delft en Universiteit Utrecht onthullen verborgen lagen in schimmels.
Proefschrift Thies Gehrmann: ‘Bioinformatic Analysis of Genomic and Transcriptomic Variation in Fungi’.
Contact
Thomas Abeel (Assistant Professor Bioinformatics TU Delft), T.Abeel@tudelft.nl,+31 (0)15 27 85114
Thies Gehrmann (op 6 april gepromoveerd bij de Pattern Recognition & Bioinformatics groep van de TU Delft), thiesgehrmann@gmail.com
Claire Hallewas (persvoorlichter TU Delft), C.R.Hallewas@tudelft.nl, +31 (0)6 40953085
Foto: Ivar Pel