因為沒有釘子，童謠就去了，一個王國失去了。類似的，看似無害的變化 - 蘑菇譜系的演變 - 可能對碳循環(huán)產(chǎn)生了巨大影響，結(jié)束了煤炭沉積形成的6000萬年期間。

根據(jù)美國能源情報署(US Energy Information Administration)的數(shù)據(jù)，2010年美國耗電量約為4萬億千瓦時的近一半。這種燃料實際上是生活在大約3.6億至3億年前的植物的化石殘骸。一個國際科學家團隊，包括美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)的研究人員，提出了一個新的因素，可能有助于石炭紀時期的結(jié)束 - 以成為煤礦的大型商店命名。證據(jù)在6月29日出版的“ 科學 ”雜志網(wǎng)上發(fā)表，表明能夠分解聚合物木質(zhì)素的真菌的進化，這有助于保持植物細胞壁剛性，可能在結(jié)束煤礦床的發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。隨著新真菌的到來，死植物物質(zhì)可以完全分解為其基本化學成分。大部分植物生物質(zhì)腐爛而不是像泥炭一樣積累，最終轉(zhuǎn)化為煤炭，而是以二氧化碳的形式釋放到大氣中。

“我們希望這將進入生物學和地質(zhì)學教科書，”克拉克大學生物學家David Hibbett說，他是這項全面研究的資深作者，比較了幾十種真菌的完整基因組，其中大部分是在DOE JGI進行測序的。“當你讀到關(guān)于煤的形成時，它通常用物理過程來解釋，并且煤炭沉積的速率剛剛在石炭石的末端崩潰。那是為什么?有各種解釋。白腐真菌的進化可能是一個因素 - 也許是一個主要因素。一旦你有白腐病，你可以分解煤炭的主要前體木質(zhì)素。因此，白腐病的演變是碳循環(huán)演變中非常重要的事件。“

“能夠分解'堅不可摧'的酶的發(fā)明概念真的很棒，”南加州大學環(huán)境研究的Wrigley主席和地球科學與生物科學教授Kenneth Nealson說。“穩(wěn)定(不可食用)形式的有機碳可以變得可食用(因此隨著時間的推移更難以埋葬)這一觀點不僅改變了我們過去對全球能源儲存的看法，而且改變了我們對當今碳固存的意義從這個意義上來說，這個想法會對我們對過去和現(xiàn)在的思考產(chǎn)生重大影響。“

在他們的研究中，Hibbett及其同事專注于擔子菌，其中包括具有熟悉的帽蓋和莖干的蘑菇種類，大多數(shù)人都與真菌有關(guān)。擔子菌還包括褐腐病真菌，例如干腐病，它可以通過破壞建筑木材中的纖維素來破壞房屋，但留下木質(zhì)素未受影響的白腐真菌，紙漿和造紙工業(yè)可以分解兩種類型的聚合物。在該研究中比較的31個褐腐病和白腐真菌基因組中，26個在DOE JGI進行測序，包括十幾個專門用于該研究以充實真菌指令的表示。

美國能源部JGI真菌基因組學項目負責人Igor Grigoriev指出，比較真菌基因組學研究強調(diào)了支持DOE使命的持久興趣，利用真菌酶將生物聚合物如纖維素轉(zhuǎn)化為單糖以優(yōu)化生物燃料生產(chǎn)。在這一追求中，格里戈里耶夫和他的同事繼續(xù)為越來越多的第一名做出貢獻。“在DOE JGI測序的第一個真菌也是白腐菌的第一個基因組，”他說。“幾年后，我們對第一種褐腐病菌進行了測序。在第一個真菌基因組發(fā)生不到十年后，我們首次對木材腐爛真菌進行了大規(guī)模的比較。“

有了多個真菌基因組，該團隊比較了DNA序列，尋找編碼木材腐爛相關(guān)酶的基因家族。他們特別關(guān)注稱為II類真菌過氧化物酶的酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在于白腐真菌的譜系中但不存在于褐腐真菌中，這表明它們在分解植物中的木質(zhì)素中起作用。

然后，研究人員使用分子鐘分析來追蹤酶通過真菌譜系的演變。這個想法是，就像時鐘指針在表盤周圍以一定的速度移動一樣，基因以大致恒定的速率累積突變。這種變化速度允許研究人員向后工作，估計兩個譜系最后根據(jù)分歧量共享一個共同的祖先。

比較分析表明，大約在2.9億年前，在石炭紀時期結(jié)束時，出現(xiàn)了具有分解木質(zhì)素能力的白腐真菌祖先。在該祖先之前，真菌沒有這種能力，因此植物中的木質(zhì)素沒有降解，這使得這些富含木質(zhì)素的殘留物隨著時間的推移在土壤中積累。由于分子鐘分析存在實質(zhì)性誤差，因此校準需要真菌“化石”。在這項研究中，分子鐘分析是針對三種真菌化石進行校準的。Hibbett說，更多的化石將有助于改善年齡估計。“不幸的是，”他補充說，“真菌化石是罕見的，很容易被忽視。”他說，他的小組有興趣嘗試重建祖先的白腐真菌基因組。“我們有動力去理解這種導致木質(zhì)素降解的代謝途徑何時出現(xiàn)。這就是為什么我們需要在這項研究中擁有那么多的真菌基因組。直到最近，一次只獲得一個基因組是如此多的工作?，F(xiàn)在，我們正在進行比較真菌基因組學項目，因為我們正在過渡到擁有數(shù)百種真菌基因組的涼爽時期。“

俄勒岡州立大學教授，該研究的共同作者約瑟夫·斯帕塔福拉(Joseph Spatafora)同意Hibbett的評估，該研究小組的研究結(jié)果可能會改變生物學和地質(zhì)學的文本。“當你看到煤炭沉積減少的這種特殊現(xiàn)象時，到目前為止，大多數(shù)解釋都是非生物性的，而且似乎不應該是整個故事，”他說。

Grigoriev說，這篇論文是真菌基因組百科全書的第一個產(chǎn)品，DOE JGI傘形項目將真菌基因組測序工作重點放在DOE相關(guān)的能源和環(huán)境任務(wù)上。“這篇論文是百科全書的第一章，”他說，“所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已經(jīng)產(chǎn)生了最全面的木質(zhì)纖維素分解酶目錄，這是工業(yè)界感興趣的。我們現(xiàn)在已經(jīng)獲得了各種系統(tǒng)發(fā)育中所有基因的藍圖，我們將獲得更多。這是向前邁出的一大步。下一個里程碑是1000個真菌基因組項目，以完成擔子菌的全部多樣性。“

作為1000個真菌基因組項目的負責人，該項目是DOE JGI社區(qū)測序計劃組合的一部分，Spatafora表示，盡管目標是促進1000個真菌基因組的測序，但500個家族中的兩個，五年以上，真菌基因組學還有很長的路要走。“估計有150萬種真菌，”他說。“我們有大約100,000種物種的名稱，我們正在研究這個項目中的1000種真菌。這仍然是觀察真菌多樣性的冰山一角，我們正在努力學習更多，以更好地了解真菌代謝和利用真菌的潛力，包括生物能源在內(nèi)的許多應用。在真菌生物學方面，這是一個非常激動人心的時刻，其中一部分原因在于今天的技術(shù)使我們能夠解決真正長期存在的問題。“