共生是松露多樣性的驅(qū)動力

雖然看到意大利面上的黑色或白色松露被視為餐飲鋪張的一種標志，但它們在土壤生態(tài)系統(tǒng)服務中發(fā)揮著重要作用。松露是駐留在寄主植物根部的外生菌根(ECM)真菌共生體的子實體。在許多子囊菌和擔子菌亞門系中，松露形成物種幾乎在每個主要群體中獨立進化。這表明共生驅(qū)動松露多樣性的進化并選擇特定的性狀。

弗朗西斯·馬丁及其同事在法國國家農(nóng)業(yè)研究所(INRA)，Genoscope和都靈大學領導的團隊，包括美國能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)，美國能源部辦公室的研究人員科學用戶設施，尋求洞察松露形成物種的ECM生活方式。據(jù)Nature Ecology&Evolution報道，該團隊對八種Pezizomycete真菌進行了對比分析，其中包括四種被稱為美味佳肴的物種。

ECM共生研究的十年

連接ECM真菌及其宿主植物根源的地下網(wǎng)絡塑造了這些生態(tài)系統(tǒng)，影響了植物的健康和對干旱或疾病等壓力因素的耐受性，以及全球碳循環(huán)。研究表明，外生菌根真菌可以通過限制氮來減緩土壤碳循環(huán)。真菌從土壤中吸收礦物質(zhì)營養(yǎng)，并將它們交換為植物通過光合作用產(chǎn)生的糖。

通過JGI的社區(qū)科學計劃，JGI de novo對兩種松露形成真菌的基因組進行了測序：豬松露(Choiromyces venosus)和沙漠松露(Terfezia boudieri)以及另外兩種不形成松露的Pezizomycetes：Ascobolus immersus和羊肚菌。這四個基因組以及皮埃蒙特白松露(Tuber magnatum)的基因組都是通過JGI的管道注釋的。勃艮第松露(基因組普通小麥)通過Genoscope測序。

這項工作建立在早期真菌共生研究的基礎上，該研究涉及第一個ECM真菌基因組(Laccaria bicolor，十年前由JGI測序)，以及Genoscope測序的第一個松露基因組(T. melanosporum)，這是該分析的一部分。“我們從Laccaria bicolor和Tuber melanosporum基因組中了解到，ECM共生是由植物細胞壁降解(CAZymes)中涉及的大量基因喪失和通信蛋白的重新創(chuàng)新而演變而來的，例如菌根誘導的小分泌蛋白控制研究資深作者和長期JGI合作者馬丁說，寄主植物免疫力。在2015年與JGI的研究中然后，馬丁和他的同事們發(fā)現(xiàn)，ECM物種是從以腐爛的有機物為食的腐生菌進化而來的，這些進化模式存在于許多擔子菌群中。

“在這里，”馬丁補充說，“我們發(fā)現(xiàn)木質(zhì)纖維素/植物細胞壁降解(CAZymes)中基因的丟失和共生相關孤兒基因的更高進化速率已經(jīng)塑造了最古老的松茸之一的基因組織。外生菌根真菌的基底進化枝。這意味著類似的進化機制獨立地驅(qū)動了子囊菌和擔子菌的共生。我們還發(fā)現(xiàn)，在白色(T. magnatum)和黑色(T. melanosporum)松露的外生菌根和子實體中表達的發(fā)育和代謝途徑出乎意料地非常相似，因為它們在1億年前分歧。

嗅到下一步

檢測和傳播這些地下美食取決于受過訓練的動物嗅到松露的獨特氣味。馬丁和他的團隊建議，產(chǎn)生這些氣味的揮發(fā)性有機化合物也可能被微生物群落變成松露。

“除了真菌相互作用與他們的植物宿主通過的次級代謝產(chǎn)物基因簇中的各塊菌基因組編碼這些小分子提供真菌和環(huán)境之間的通信的另一信道臨界的小的分泌蛋白質(zhì)，”加入伊戈爾格里戈里耶夫，所述JGI真菌方案頭。他總結(jié)道：“因此，測序的基因組為探索多維真菌植物相互作用打開了大門。”

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