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共生是块菌多样性的驱动力

导读虽然在面上看到黑松露或白松露被认为是奢侈的表现,但它们在土壤生态系统服务中发挥着重要作用。块菌是存在于寄主植物根部的外生菌根真菌共

虽然在面上看到黑松露或白松露被认为是奢侈的表现,但它们在土壤生态系统服务中发挥着重要作用。块菌是存在于寄主植物根部的外生菌根真菌共生体的子实体。在许多子囊菌和担子菌中,几乎每一个主要类群中都有形成块菌的物种独立进化。这表明共生驱动了松露多样性的进化,并选择了特定的特征。

由Francis Martin和他在法国国家农业研究所(INRA)、Genoscope和都灵大学的同事领导的团队,包括美国能源部(DOE)的联合基因组研究所(JGI)和美国能源部办公室的科学用户设施,寻求对块菌形成物种的ECM生活方式的洞察。根据自然生态解决方案,该团队对八种拟青霉真菌进行了比较分析,包括四种被称为美味食物的真菌。

电子对抗共生研究十年

连接细胞外基质真菌及其宿主植物的地下网络塑造了这些生态系统,影响了植物的健康及其对干旱或疾病等胁迫因素的耐受性,以及全球碳循环。研究表明外生菌根真菌可以通过限制氮来减缓土壤碳循环。真菌从土壤中吸收矿物质营养,并通过光合作用将其转化为植物产生的糖。

通过JGI的社区科学项目,JGI从头开始对两种块菌形成真菌的基因组进行测序,这两种真菌是:静脉球壳霉和布地埃氏菌,以及另外两种不含块菌的青霉:泡丝酵母和羊肚菌。这四个基因组,以及巨型块茎的基因组,通过JGI管道进行注释。勃艮第块菌(基因组普通小麦)由基因镜测序。

这项工作是基于真菌共生的早期研究,涉及第一个细胞外基质真菌基因组(双色Laccaria,由JGI十年前测序)和第一个块菌基因组(黑孢子菌)。基因组测序,这是分析的一部分。“我们从双色Laccaria和黑孢块茎(Tuber melanosporum)的基因组中知道,ECM共生是由大量基因丢失和参与植物细胞壁降解的通讯蛋白(CAZymes)的再创新(如宿主植物的免疫力)进化而来的,”资深作者、菌根诱导的小分泌蛋白控制的长期JGI合作者Martin说。在2015年与JGI的一项研究中,马丁和他的同事后来表明,细胞外基质物种是从吃腐烂有机物的腐生生物进化而来的,这些进化模式存在于许多担子菌中。

“在这里,”马丁补充道,“我们发现,参与木质纤维素/植物细胞壁降解的基因(CAZymes)的缺失,以及共生相关孤儿基因的较高进化速率,塑造了最古老的外生/外生菌根真菌的基本进化分支——松露(pezizomycetes truffles)的基因组。这意味着类似的进化机制独立地驱动子囊菌和担子菌的共生。我们还发现了在白色外生菌根和子实体中表达的发育和代谢途径。块菌惊人地相似,因为它们是在1亿年前分化的。”

闻闻下一步

探测和传播这些地下美食依赖于训练有素的动物闻到松露的独特气味。马丁和他的团队提出,产生这些气味的挥发性有机化合物也可能被微生物群落转化为松露。

JGI真菌项目的伊戈尔格里戈列夫补充说:“除了对真菌和植物宿主之间的相互作用至关重要的小分泌蛋白之外,松露基因组中次生代谢物基因簇编码的这些小分子提供了真菌和环境之间的另一个沟通渠道。结论:“因此,测序的基因组为探索多维真菌和植物之间的相互作用打开了大门”

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