共生是塊菌多樣性的驅(qū)動(dòng)力

雖然在面上看到黑松露或白松露被認(rèn)為是奢侈的表現(xiàn)，但它們?cè)谕寥郎鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)中發(fā)揮著重要作用。塊菌是存在于寄主植物根部的外生菌根真菌共生體的子實(shí)體。在許多子囊菌和擔(dān)子菌中，幾乎每一個(gè)主要類群中都有形成塊菌的物種獨(dú)立進(jìn)化。這表明共生驅(qū)動(dòng)了松露多樣性的進(jìn)化，并選擇了特定的特征。

由Francis Martin和他在法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)研究所(INRA)、Genoscope和都靈大學(xué)的同事領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，包括美國(guó)能源部(DOE)的聯(lián)合基因組研究所(JGI)和美國(guó)能源部辦公室的科學(xué)用戶設(shè)施，尋求對(duì)塊菌形成物種的ECM生活方式的洞察。根據(jù)自然生態(tài)解決方案，該團(tuán)隊(duì)對(duì)八種擬青霉真菌進(jìn)行了比較分析，包括四種被稱為美味食物的真菌。

電子對(duì)抗共生研究十年

連接細(xì)胞外基質(zhì)真菌及其宿主植物的地下網(wǎng)絡(luò)塑造了這些生態(tài)系統(tǒng)，影響了植物的健康及其對(duì)干旱或疾病等脅迫因素的耐受性，以及全球碳循環(huán)。研究表明外生菌根真菌可以通過(guò)限制氮來(lái)減緩?fù)寥捞佳h(huán)。真菌從土壤中吸收礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，并通過(guò)光合作用將其轉(zhuǎn)化為植物產(chǎn)生的糖。

通過(guò)JGI的社區(qū)科學(xué)項(xiàng)目，JGI從頭開始對(duì)兩種塊菌形成真菌的基因組進(jìn)行測(cè)序，這兩種真菌是：靜脈球殼霉和布地埃氏菌，以及另外兩種不含塊菌的青霉：泡絲酵母和羊肚菌。這四個(gè)基因組，以及巨型塊莖的基因組，通過(guò)JGI管道進(jìn)行注釋。勃艮第塊菌(基因組普通小麥)由基因鏡測(cè)序。

這項(xiàng)工作是基于真菌共生的早期研究，涉及第一個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)真菌基因組(雙色Laccaria，由JGI十年前測(cè)序)和第一個(gè)塊菌基因組(黑孢子菌)。基因組測(cè)序，這是分析的一部分?！拔覀儚碾p色Laccaria和黑孢塊莖(Tuber melanosporum)的基因組中知道，ECM共生是由大量基因丟失和參與植物細(xì)胞壁降解的通訊蛋白(CAZymes)的再創(chuàng)新(如宿主植物的免疫力)進(jìn)化而來(lái)的，”資深作者、菌根誘導(dǎo)的小分泌蛋白控制的長(zhǎng)期JGI合作者M(jìn)artin說(shuō)。在2015年與JGI的一項(xiàng)研究中，馬丁和他的同事后來(lái)表明，細(xì)胞外基質(zhì)物種是從吃腐爛有機(jī)物的腐生生物進(jìn)化而來(lái)的，這些進(jìn)化模式存在于許多擔(dān)子菌中。

“在這里，”馬丁補(bǔ)充道，“我們發(fā)現(xiàn)，參與木質(zhì)纖維素/植物細(xì)胞壁降解的基因(CAZymes)的缺失，以及共生相關(guān)孤兒基因的較高進(jìn)化速率，塑造了最古老的外生/外生菌根真菌的基本進(jìn)化分支——松露(pezizomycetes truffles)的基因組。這意味著類似的進(jìn)化機(jī)制獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)子囊菌和擔(dān)子菌的共生。我們還發(fā)現(xiàn)了在白色外生菌根和子實(shí)體中表達(dá)的發(fā)育和代謝途徑。塊菌驚人地相似，因?yàn)樗鼈兪窃?億年前分化的?！?

聞聞下一步

探測(cè)和傳播這些地下美食依賴于訓(xùn)練有素的動(dòng)物聞到松露的獨(dú)特氣味。馬丁和他的團(tuán)隊(duì)提出，產(chǎn)生這些氣味的揮發(fā)性有機(jī)化合物也可能被微生物群落轉(zhuǎn)化為松露。

JGI真菌項(xiàng)目的伊戈?duì)柛窭锔炅蟹蜓a(bǔ)充說(shuō)：“除了對(duì)真菌和植物宿主之間的相互作用至關(guān)重要的小分泌蛋白之外，松露基因組中次生代謝物基因簇編碼的這些小分子提供了真菌和環(huán)境之間的另一個(gè)溝通渠道。結(jié)論：“因此，測(cè)序的基因組為探索多維真菌和植物之間的相互作用打開了大門”

標(biāo)簽：