Nowe badanie grzybów Mycena pokazuje, że ich genomy są znacznie większe niż oczekiwano, ze szczególnymi ekspansjami gatunków arktycznych. Sugeruje to, że grzyby te przystosowały się do różnych środowisk, co jest wspierane przez duplikacje genów i poziome transfery genów. Grzybówka pospolita. Źródło: Christoffer Harder

Badania nad różnymi grzybami Mycena gatunek ujawniły niespodziewanie duże genomy, co sugeruje genetyczną predyspozycję do zróżnicowanego stylu życia, zwłaszcza w przypadku szczepów arktycznych, których genomy są znacznie większe.

Badanie, w którym uczestniczył międzynarodowy zespół i które było częścią projektu 1000 Fungal Genomes, ujawniło ekspansje genomów we wszystkich rodzinach genów, co prawdopodobnie sprzyja adaptacji w ekstremalnych środowiskach.

Genomy grzybów Mycena

Mycena Jak wynika z nowego badania naukowego przeprowadzonego na wielu gatunkach, grzyby, znane również jako „czepki”, mają nieoczekiwanie duże genomy. Wyniki badania opublikowano dzisiaj (27 czerwca) w czasopiśmie Genomika komórki.

Choć uważano, że grzyby żyją wyłącznie dzięki rozkładowi martwej materii organicznej, odkrycie sugeruje, że mogą mieć zbiór genów, które umożliwiają im dostosowanie się do różnych stylów życia w miarę zmiany okoliczności, twierdzą naukowcy. Co ciekawe, pokazują, że niektóre Mycena szczepy żyjące w Arktyce mają jedne z największych genomów grzybów, jakie kiedykolwiek opisano.

Rozszerzenie genomu w grzybach Mycena

„Jako grupa, Mycena po prostu wykorzystał każdą możliwą sztuczkę z podręcznika, aby powiększyć swój genom i najwyraźniej do wielu różnych celów, które nie są w oczywisty sposób związane z ich znanym, rzekomo preferowanym stylem życia” – mówi Christoffer Bugge Harder. Z oryginalną podstawą do pracy przy Uniwersytet w OsloNorwegia, był głównym autorem 28-osobowego zespołu autorów z uniwersytetów z siedmiu krajów.

Epipterygia myceńska. Źródło: Arne Aronsen

„Ewolucja mówi nam, że niekorzystne cechy mają tendencję do zanikania z czasem, więc oczywistym wnioskiem jest to, że adaptacyjność i generalizm w tych dużych strukturach genomu muszą być zaletą dla tych grzybów” — mówi Francis Martin z INRAE ​​i Uniwersytetu Lotaryngii w Champenoux we Francji. „Dzieje się tak pomimo kosztów posiadania dużego genomu z wieloma potencjalnie niepotrzebnymi cechami, które muszą być replikowane w każdym podziale komórkowym. Może to być szczególnie prawdziwe w ekstremalnym środowisku, takim jak Arktyka, co można zaobserwować również u roślin”.

Rola Mycena w ekosystemach i sekwencjonowanie ich genomu

Naukowcy postanowili zbadać Mycena w oparciu o ich rolę jako głównego grzyba rozkładającego śmieci i liście w ekosystemach leśnych. Pomimo swoich maleńkich owocników, Mycena odgrywają ważną rolę w globalnym cyklu węglowym. Przez długi czas uważano, że ta grupa grzybów żyje wyłącznie na martwej materii organicznej, ale ostatnio odkryto, że niektóre gatunki żyją również poprzez kooperatywne lub pasożytnicze interakcje z żywymi roślinami. Mycenasą również bioluminescencyjne, tzn. świecą w ciemności, a wcześniejsze prace opisujące genomy pięciu Mycena gatunki badały to zjawisko. Aby dowiedzieć się więcej na temat ich bezpośrednich nawyków związanych ze stylem życia, badacze chcieli teraz zbadać szeroką gamę Mycena gatunki o różnych preferencjach co do substratów.

Odkrywanie różnorodności genomu gatunków myceńskich

W nowym badaniu wygenerowali nowe sekwencje genomu dla 24 dodatkowych Mycena gatunków i gatunków pokrewnych, obecnie znanych jako Atheniella floridula. Genomy zsekwencjonowano i opatrzono adnotacjami w ramach wspólnotowego programu naukowego DOE Joint Genome Institute. Praca jest częścią projektu 1000 Fungal Genomes, którego celem jest zbadanie różnorodności genomu zarówno w obrębie różnych grup grzybów, w tym przypadku rodzaju Mycena.

Gatunki uwzględnione reprezentują sześć kategorii rozkładających: generalistów drewna, rozkładających drewno liściaste, generalistów ściółki trawiastej, rozkładających ściółkę liściastą, rozkładających ściółkę iglastą oraz generalistów ściółki ogólnej. Obejmowały one również trzy gatunki arktyczne. Dodali swoje nowe genomy do 33 dodatkowych genomów z gatunków niebędącychMycena gatunków. Chcieli zrozumieć, jak genomy ewoluowały i rozszerzały się w czasie ewolucji oraz jak gatunki mogą różnić się pod względem enzymów degradujących ściany komórkowe roślin w zależności od ich nawyków związanych ze stylem życia.

Zaskakujące ekspansje genomu i ich ewolucyjne implikacje

Byli zaskoczeni, gdy odkryli, że Mycena wykazały ogólnie masową ekspansję genomu, wpływającą na wszystkie rodziny genów, niezależnie od ich oczekiwanych nawyków. Wydaje się, że przyczyną ekspansji było pojawienie się nowych genów, a także duplikacje genów, powiększone zbiory genów wytwarzających enzymy rozkładające polisacharydy, proliferacja elementów transpozycyjnych i horyzontalny transfer genów z innych gatunków grzybów. Odkryli także, że dwa gatunki zebrane w Arktyce miały zdecydowanie największe genomy, a ich rozmiar był od dwóch do ośmiu razy większy niż Mycena żyjące w strefach umiarkowanych.

Obserwacje adaptacji gatunków myceny arktycznej

„Szczególnym zaskoczeniem było to, że oba genomy Arktyki zostały tak szczególnie rozwinięte w stosunku do generała Mycena ekspansja — i że Mycena przenieśli poziomo geny z Ascomycetes” – mówi Harder. „Te gatunki występują również na obszarach o klimacie umiarkowanym i na podstawie naszych wyników nie możemy jednoznacznie stwierdzić, czy gatunki te są duże z powodu wpływu określonego gatunku, czy z powodu efektu Arktyki”.

Jednakże wykazano, że niektóre rośliny arktyczne nadmuchują swoje genomy elementami ulegającymi transpozycji lub po prostu całkowicie duplikują całe swoje genomy w porównaniu z ich bliskimi krewnymi w obszarach o klimacie umiarkowanym, i oczywiście kuszące jest zasugerowanie, że podobna równoległa ewolucja mogłaby zachodzić u grzybów arktycznych .

„Uważa się, że ewolucyjne przejście od rozkładaczy do grzybów symbiotycznych nastąpiło równolegle w kilku grupach grzybów w toku ewolucji miliony lat temu” – mówi Håvard Kauserud z Uniwersytetu Oslo w Norwegii. „Jednakże, Mycenawydaje się, że widzimy ten stopniowy proces w działaniu, który dzieje się na naszych oczach”.

Rozważania na temat sekwencjonowania genomu i wniosków ekologicznych

„Z innych kierunków badań wiemy, że Mycenaw przeciwieństwie do wielu innych grzybów, mogą przyjąć więcej niż jeden możliwy styl życia. Wyniki sugerują, że te liczne możliwe style życia znajdują odzwierciedlenie również w ich strukturach genomu”, mówi Harder.

Wyniki te mają również istotne znaczenie dla badań nad zrozumieniem zwyczajów organizmów na podstawie samych sekwencji ich genomu.

„To przypomina, że ​​nie zawsze można łatwo wywnioskować główną ekologię lub styl życia grzyba tylko na podstawie sekwencjonowania jego genomów” – powiedział Martin. „To bardzo ważne, aby pamiętać o tym w czasach, gdy DNA sekwencjonowanie staje się coraz tańsze i coraz bardziej powszechne, podczas gdy tradycyjna wiedza praktyczna na temat organizmów jest mniej rozpowszechniona wśród młodszych pokoleń biologów i trudniej jest uzyskać na nią fundusze.”

Odniesienie: „Ekstremalna ogólna ekspansja genomu grzybów w Mycenass, niezależnie od roślin żywicielskich lub specjalizacji substratu” 27 czerwca 2024 r., Genomika komórkowa.
DOI: 10.1016/j.xgen.2024.100586