Spizelomyces punctatus

Spizellomyces punctatus es un hongo quitridio que vive en el suelo. ^{[ 1 ]} Es un hongo saprófito que coloniza materia vegetal en descomposición. ^{[ 2 ]} Al ser un hongo de divergencia temprana, S. punctatus conserva características celulares ancestrales que también se encuentran en animales y amebas . ^{[ 3 ]} Sus parientes patógenos, Batrachochytrium dendrobatidis y B. salamandrivorans , infectan a los anfibios y causan la pérdida de biodiversidad global. ^{[ 4 ]} El cultivo puro de S. punctatus fue obtenido por primera vez por Koch (llamado Phlyctochytrium punctatum ). ^{[ 5 ]}

El genoma de la cepa DAOM BR117 de S. punctatus fue secuenciado en el marco del proyecto Orígenes de la Multicelularidad. ^{[ 6 ]} Su genoma tiene un tamaño aproximado de 24,13 Mb con un contenido de GC del 47,6 %. El genoma contiene 9424 transcritos predichos y 8952 genes codificadores de proteínas predichos . El número de acceso DDBJ/EMBL/GenBank es ACOE00000000. ^{[ 1 ]}

Las zoosporas globulares de S. punctatus (3–5  mm) carecen de pared celular . Las zoosporas pueden nadar con un cilio móvil (20–24  mm) o arrastrarse sobre superficies mediante pseudópodos llenos de actina . ^{[ 3 ]}

Durante el enquistamiento , el cilio se desensambla primero mediante la internalización del axonema . El inicio de este proceso depende de la actina. El axonema permanece intacto durante la internalización y la tubulina axonemal se degrada al menos parcialmente por el proteasoma . La pared celular se forma después de la internalización del axonema. En S. punctatus se producen cinco modos de internalización del axonema : corte, retracción en enrollamiento, retracción alrededor, retracción por pérdida del compartimento ciliar y retracción vesicular. Primero, el corte se denomina desprendimiento del cilio. Segundo, la retracción en enrollamiento es concurrente con o sin rotación cortical y se denomina retracción de torsión corporal y retracción recta hacia adentro, respectivamente. Tercero, durante la retracción alrededor, el cilio se enrolla alrededor de la zoospora con fusión de la membrana ciliar y la membrana plasmática. En hidrogeles recubiertos de fibronectina de 120 kPa , esta retracción alrededor ocurre en un segundo. En cuarto lugar, en la retracción por pérdida del compartimento ciliar, la expansión de la membrana ciliar va seguida de la fusión del compartimento ciliar con la membrana plasmática. En quinto lugar, la retracción vesicular consiste en la creación de una protuberancia en forma de bucle del axonema dentro de la membrana ciliar antes de la internalización. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Tras la retracción del cilio, el quiste germina y genera un tubo germinativo . Este tubo se extiende para formar el sistema rizoidal. Finalmente, el quiste se desarrolla en un esporangio , una estructura reproductiva, y comienza la mitosis . Después de cinco a ocho mitosis sincrónicas, se forman entre 32 y 256 zoosporas en el esporangio. La ciliogénesis probablemente ocurre antes de la celularización. Tras la celularización, las zoosporas escapan del esporangio en condiciones ambientales adecuadas. ^{[ 3 ]}

Se ha cuantificado la duración del ciclo celular utilizando S. punctatus que expresa H2B-TdTomato, controlado por el promotor H2B, bajo microscopía. La retracción del cilio y el inicio de la enquistación ocurren en una hora. El tubo germinativo aparece entre una y tres horas. La primera mitosis ocurre entre ocho y doce horas. Se completan entre cinco y ocho mitosis sincrónicas en treinta horas. El ciclo celular promedio dura aproximadamente 150 minutos. Cada división nuclear se completa en 1 minuto. ^{[ 3 ]}

Esta especie es notable por tener edición de ARNt 5′ mitocondrial , una modificación rara que solo se sabe que existe también en la especie Amoebozoa Acanthamoeba castellanii ^{[ 1 ]} y las especies Chytridiomycota Harpochytrium 94, Harpochytrium 105, Monoblepharella 15 y Hyaloraphidium curvatum . ^{[ 10 ] [ 11 ]} El genoma mitocondrial de S. punctatus codifica ocho ARNt que reconocen codones de lisina , ácido aspártico , triptófano , metionina , tirosina , glutamina , prolina y leucina . El ARNt ^Leu reconoce el codón UAG como leucina en lugar del codón de parada. ^{[ 10 ]}

Los ARNt forman estructuras secundarias compuestas por tallos helicoidales. Según las predicciones del ADNmt , se encuentran desajustes en los tres primeros nucleótidos de los ocho tallos aceptores del ARNt. La secuenciación de los ARNt mitocondriales maduros mostró la sustitución de pirimidinas o purinas por purinas (A por G, U por G, U por A y C por A) que restauran el apareamiento de bases. Los sitios de edición siempre se limitan a las tres primeras posiciones. ^{[ 10 ] [ 12 ]}

Se ha confirmado in vitro la edición mitocondrial del ARNt 5' de S. punctatus . Utilizando extracto mitocondrial, se eliminan los desajustes 5' de los transcritos de ARNt sintéticos y se incorporan nucleótidos en dirección 3' a 5' utilizando la secuencia de ARNt 3' como plantilla. Los patrones de edición mitocondrial del ARNt 5' son similares a los encontrados en A. castellanii. ^{[ 13 ]}

Los receptores de etileno y citoquinina en las plantas son histidina quinasas . ^{[ 14 ]} Las histidina quinasas en los hongos son histidina quinasas híbridas debido a la fusión de dominios catalíticos de histidina quinasa/ ATPasa similar a la histidina quinasa (dominios HK/HATPasa) al dominio receptor. También se encuentran homólogos de receptores de etileno y citoquinina en varios géneros de hongos flagelados y no flagelados, incluido Spizellomyces . En general, estas dos fitohormonas son moléculas de señalización en las interacciones bióticas de las plantas. Los receptores de etileno y citoquinina en hongos de diversificación temprana pueden desempeñar funciones importantes en la colonización de la tierra. ^{[ 2 ]}

Existen dos tipos de opsinas: ^{[ 15 ] [ 16 ]} Las opsinas de tipo 1 son utilizadas por procariotas y por algunas algas (como componente de las canalrodopsinas ) y hongos , ^{[ 17 ]} mientras que los animales utilizan opsinas de tipo 2. ^{[ 15 ]} Las opsinas de tipo 2 pertenecen a la familia de clase A de receptores acoplados a proteínas G. ^{[ 18 ]} Ambos tipos son receptores de siete dominios transmembrana y se unen covalentemente al retinal como cromóforo, lo que los convierte en fotorreceptores que detectan la luz. Sin embargo, ambos tipos no están relacionados a nivel de secuencia. ^{[ 19 ]}

En otros hongos como Blastocladiella emersonii , un hongo flagelado de divergencia temprana, las opsinas de tipo 1 se utilizan para la fototaxis . ^{[ 20 ]} Sin embargo, en S. punctatus no existen opsinas de tipo 1, ^{[ 21 ]} pero sí una supuesta opsina de tipo 2. Comparte con otros receptores acoplados a proteínas G una serie de motivos y aminoácidos conservados, incluida la lisina correspondiente al residuo 296 en la rodopsina bovina, ^{[ 22 ]} que es importante para la unión del retinal y la detección de luz. ^{[ 23 ]} Como sugiere el modelado de estructura basado en plantillas, también es estructuralmente similar a las opsinas de tipo 2 animales. Al menos computacionalmente, puede unirse al retinal como cromóforo. Sin embargo, prefiere unirse al 9-cis-retinal, ^{[ 22 ]} a diferencia de la mayoría de las opsinas clásicas de tipo 2 de animales, como la rodopsina bovina , que se une al 11-cis-retinal en el estado oscuro. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} Sin embargo, se desconoce la función biológica de la opsina de S. punctatus . ^{[ 22 ]} Tampoco está claro si es realmente una opsina de tipo 2, ya que está ausente de una filogenia de opsinas completa que cubra tantas opsinas como sea posible. ^{[ 29 ]} En principio, si es un fotorreceptor, podría haber desarrollado sensibilidad a la luz de forma independiente.

Fanzor es una proteína codificada por transposones eucariotas y se cree que se originó a partir de TnpB , un efector del sistema procariota guiado por ARN conocido como OMEGA. TnpB también se considera el posible ancestro de Cas12 , una endonucleasa guiada por ARN utilizada en el sistema CRISPR-Cas . Esto sugiere una conexión entre Fz, TnpB y Cas12, a pesar de sus diferentes funciones y contextos en células procariotas y eucariotas. Spizellomyces punctatus se utilizó ampliamente para estudiar la estructura de Fanzor. ^{[ 30 ]}