Heterokaryon Uyumsuzluğu: Mantarlar Kendini Nasıl Tanır

İki hifa karşılaştığında birleşip tek bir ağ kurabilir. Ama bu birleşme her zaman barışla bitmez. Filamentli mantarlarda hücre füzyonunu derleyen bir çalışmaya göre genetik olarak farklı iki suş kaynaştığında ortaya çıkan karma hücre çoğu zaman kararsız kalır ve programlı bir hücre ölümü tepkisi başlar; bu reddetme tepkisine heterokaryon (ya da vejetatif) uyumsuzluğu denir (Daskalov ve ark., 2017). Bu yazı, bir mantarın "ben" ile "öteki"yi nasıl ayırdığını, bu ayrımı yöneten genleri ve bu sistemin virüs yayılımıyla ilişkisini araştırmalar üzerinden anlatıyor.

Heterokaryon: iki genom, tek sitoplazma

Mantarların çoğunda bir bireyin gövdesi, ortak sitoplazmayı ve organelleri paylaşan birbirine bağlı hücrelerden oluşan bir ağdır (Daskalov ve ark., 2017). Aynı derlemeye göre hifa füzyonu bir koloninin kendi hücreleri arasında olabildiği gibi, genetik olarak farklı iki bireyin kolonileri arasında da olabilir (Daskalov ve ark., 2017). Hifaların uç uca kaynaşmasını anastomoz yazısında, hifanın uçtan büyüyüşünü ise hifa nedir yazısında ayrıntılı ele alıyoruz.

Farklı bireylerden gelen çekirdekler aynı sitoplazmada bir arada yaşadığında ortaya çıkan hücreye heterokaryon denir. Mantar heterokaryonlarının tarihini ve genetiğini derleyen bir çalışma, bu alandaki araştırmaların 1912'de başladığını ve heterokaryon oluşumunun ağırlıklı olarak eşeysiz çoğalan mantarlarda parazeksüel döngünün parçası olduğunu belirtir (Strom ve ark., 2016).

Birleşme mi, ölüm mü?

Füzyonun iki olası sonucu var. Derlemeye göre ilkinde kararlı bir heterokaryon kurulur ve kaynaklar paylaşılır; ikincisinde ise genetik olarak farklı suşların füzyonu kararsız heterokaryonlara ve bu hücrelerde programlı hücre ölümüne yol açar (Daskalov ve ark., 2017). Aynı çalışmada bu reddetme tepkisinin mantarlar âleminde yaygın olduğu ve genomun sömürülmesine ve mantar parazitliğine karşı bir savunma işlevi gördüğü belirtilir (Daskalov ve ark., 2017).

Programlı hücre ölümü mantarlarda tek bir bağlamla sınırlı değildir. Mantarlarda düzenlenmiş hücre ölümünü derleyen bir çalışma, bu ölümün stres koşullarında, eşeyli ve eşeysiz üreme sırasında, yaşlanmada ve bitki patojenlerinde enfeksiyon gelişiminde görüldüğünü; heterokaryon uyumsuzluğunun da bu biçimlerden biri olduğunu anlatır (Gonçalves ve ark., 2017). Aynı derlemeye göre uyumsuzluk sırasında iş gören bazı moleküller, hayvanlarda ve bitkilerde doğuştan bağışıklığın bileşenlerine benzer (Gonçalves ve ark., 2017).

Uyumsuzluk tepkisinin hücre içindeki ayrıntısına dair ilk ipuçlarından biri, filamentli askomisetlerde kendinden olmayanı tanımayı özetleyen bir derlemeden gelir: bu çalışmaya göre uyumsuzluğun sonucunda otofaji uyarılır ve VIB-1 adlı öngörülen bir transkripsiyon faktörünün varlığı tepki için gereklidir (Glass ve ark., 2006). Hücrenin kendi içeriğini sindirdiği bu süreci mantarlarda otofaji yazısında anlatıyoruz.

Tanımayı yöneten genler: het lokusları

Filamentli mantarlarda kendinden olmayanı tanıma, het (heterokaryon uyumsuzluğu) lokuslarındaki genetik farklılıklarla sağlanır; Neurospora crassa ile yapılan bir çalışmaya göre het özgüllüğü farklı bireyler kaynaştığında heterokaryon ya programlı bir hücre ölümüne girer ya da çok kararsız kalır (Kaneko ve ark., 2006). Aynı çalışmada het-c lokusunda üç ayrı alel özgüllüğünün son derece değişken bir protein bölgesiyle belirlendiği ve bu bölgenin türler arası paylaşılan polimorfizmler taşıdığı, bunun da dengeleyici seçilime işaret ettiği bildirilmiştir (Kaneko ve ark., 2006).

Hikâye tek bir genle bitmedi. Aynı çalışmada het-c'ye yakın konumdaki pin-c lokusunun da tanıma için gerekli olduğu, tanımanın bu iki lokus arasındaki etkileşimle kurulduğu ve pin-c'nin HET adlı bir protein bölgesi taşıdığı gösterilmiştir (Kaneko ve ark., 2006).

Daha yeni genom çalışmaları konuyu bağışıklık biyolojisine yaklaştırdı. Podospora anserina tür kompleksinde yapılan bir analize göre mantarlar, bitkilerde, hayvanlarda ve bakterilerde bilinen hücre içi bağışıklık proteinlerine benzeyen NOD benzeri reseptör (NLR) genlerinden geniş bir dağarcık taşır ve bunların bir kısmı kendinden olmayanı tanıma bağlamında düzenlenmiş hücre ölümünü denetler (Ament-Velásquez ve ark., 2026). Aynı çalışmada bu genlerin rastgele genlere göre daha hızlı kazanılıp kaybedildiği ve bir alt grubunda dengeleyici seçilime işaret eden izler bulunduğu bildirilmiştir (Ament-Velásquez ve ark., 2026).

Bir prion tarafından yönetilen uyumsuzluk: [Het-s]

Uyumsuzluk sistemlerinin belki de en şaşırtıcısı Podospora anserina'da bulunur. Bir derlemeye göre [Het-s], HET-s proteininin kendini çoğaltan bir amiloid kümesidir ve bu prion, genetik olarak farklı suşların füzyonunda ortaya çıkan hücre ölümü tepkisinde görev alır (Saupe, 2011). Aynı derlemeye göre proteinin iki karşıt alel biçimi vardır: prion oluşturabilen HET-s ve prion oluşturamayan HET-S; [Het-s] taşıyan bir suş HET-S taşıyan bir suşla kaynaştığında uyumsuzluk tepkisi başlar (Saupe, 2011).

Önerilen modelde HET-S proteininin uç bölgesi [Het-s] prion çekirdeğiyle karşılaşınca aynı β-solenoid kıvrımını benimser ve bu şekil değişimi proteinin HeLo adlı diğer bölgesini etkinleştirerek hücreye zarar verir (Saupe, 2011). Bu proteinin keşif tarihini ve yapısını özetleyen daha yeni bir derleme, het-s'nin P. anserina'da uyumsuzluğu denetleyen en az dokuz lokustan birinde yer aldığını belirtir (Son, 2024). Protein katlanmasıyla kalıtılan özelliklerin genel mantığını mayada prion nedir yazısında anlatıyoruz.

Uyumsuzluk ve mantar virüsleri

Kendinden olmayanı reddetmenin somut bir sonucu, hifalar arasında taşınan virüslerin yayılımıdır. Kestane kanseri etmeni Cryphonectria parasitica'da yapılan bir çalışmaya göre vejetatif uyumsuzluk, bu mantarın virülensini zayıflatan hipovirüslerin bir suştan diğerine geçişini kısıtlar (Zhang ve ark., 2014). Aynı çalışmada vic1 ve vic3 lokusları tanımlanmış, gen bozma deneyleriyle beş vic lokusunun virüs geçişini kısıtladığı doğrulanmış ve bir lokustaki genlerden yalnız birinin bozulmasının programlı hücre ölümünü ortadan kaldırdığı gösterilmiştir (Zhang ve ark., 2014).

İki yıl sonra aynı araştırma grubu, virüsü kısıtlayan beş vic lokusundan dördünü laboratuvarda bozarak, bir ya da tüm vic lokuslarında farklı alel taşıyan suşlara hipovirüs aktarabilen "süper verici" suşlar elde ettiğini bildirdi (Zhang ve ark., 2016). Bu patojenin biyolojisini kestane kanseri yazısında ayrıca ele alıyoruz.

Basidiomisetlerde farklı bir tablo

Yukarıdaki modellerin neredeyse tamamı askomisetlerden gelir. Basidiomisetlerde somatik uyumsuzluğu tartışan bir çalışmaya göre mevcut modellerin hepsi askomiset araştırmalarına dayanır; oysa basidiomisetlerde heterokaryotik evre uzundur ve uyumsuzluk genellikle homokaryonlar arasında değil, heterokaryonlar arasında gözlenir (Auxier ve ark., 2021). Yazarlar, çiftleşme sırasında çekirdek göçüyle iki genomun bir arada yaşamasına izin veren ama kendinden olmayanı tanımayı sürdüren, çeviri sonrası değişikliğe dayalı bir model önerir (Auxier ve ark., 2021). Basidiomisetlerde iki çekirdeğin bir arada kaldığı evreyi dikaryon nedir yazısında, çiftleşmeyi yöneten sistemi ise mantarlarda eşleşme tipleri yazısında anlatıyoruz.

Bilimsel referanslar

Ament-Velásquez, S.L. et al. (2026). NOD-Like Receptor Genes Undergo Diversity-Enhancing Evolution in a Fungal Species Complex. Genome Biol Evol, 18(8). PMID 42489250. DOI 10.1093/gbe/evag185.

Auxier, B. et al. (2021). Cytoplasmic Mixing, Not Nuclear Coexistence, Can Explain Somatic Incompatibility in Basidiomycetes. Microorganisms, 9(6), 1248. PMID 34201361. DOI 10.3390/microorganisms9061248.

Daskalov, A. et al. (2017). Molecular Mechanisms Regulating Cell Fusion and Heterokaryon Formation in Filamentous Fungi. Microbiol Spectr, 5(2). PMID 28256191. DOI 10.1128/microbiolspec.FUNK-0015-2016.

Glass, N.L. et al. (2006). Non-self recognition and programmed cell death in filamentous fungi. Curr Opin Microbiol, 9(6), 553-8. PMID 17035076. DOI 10.1016/j.mib.2006.09.001.

Gonçalves, A.P. et al. (2017). Regulated Forms of Cell Death in Fungi. Front Microbiol, 8, 1837. PMID 28983298. DOI 10.3389/fmicb.2017.01837.

Kaneko, I. et al. (2006). Nonallelic interactions between het-c and a polymorphic locus, pin-c, are essential for nonself recognition and programmed cell death in Neurospora crassa. Genetics, 172(3), 1545-55. PMID 16554411. DOI 10.1534/genetics.105.051490.

Saupe, S.J. (2011). The [Het-s] prion of Podospora anserina and its role in heterokaryon incompatibility. Semin Cell Dev Biol, 22(5), 460-8. PMID 21334447. DOI 10.1016/j.semcdb.2011.02.019.

Son, M. (2024). A Story Between s and S: [Het-s] Prion of the Fungus Podospora anserina. Mycobiology, 52(2), 85-91. PMID 38690032. DOI 10.1080/12298093.2024.2322211.

Strom, N.B. et al. (2016). Two genomes are better than one: history, genetics, and biotechnological applications of fungal heterokaryons. Fungal Biol Biotechnol, 3, 4. PMID 28955463. DOI 10.1186/s40694-016-0022-x.

Zhang, D.X. et al. (2014). Vegetative incompatibility loci with dedicated roles in allorecognition restrict mycovirus transmission in chestnut blight fungus. Genetics, 197(2), 701-14. PMID 24690544. DOI 10.1534/genetics.114.164574.

Zhang, D.X. et al. (2016). Engineering super mycovirus donor strains of chestnut blight fungus by systematic disruption of multilocus vic genes. Proc Natl Acad Sci U S A, 113(8), 2062-7. PMID 26858412. DOI 10.1073/pnas.1522219113.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 11  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya