Исследование нескольких видов грибов Mycena, опубликованное в журнале Cell Genomics, показало, что они имеют неожиданно большие геномы.
Хотя считалось, что грибы живут только за счет разложения мертвого органического материала, это открытие предполагает, что вместо этого у них может быть набор генов, позволяющих им адаптироваться к различному образу жизни по мере изменения обстоятельств, по мнению исследователей. Интересно, что они показывают, что некоторые штаммы Mycena, обитающие в Арктике, обладают одними из самых крупных геномов грибов, когда-либо описанных.
«Как группа, Mycena просто использовали все возможные известные трюки из сборника пьес для расширения своих геномов и, очевидно, для множества различных целей, которые явно не связаны с их известным, предположительно предпочтительным образом жизни», — говорит Кристоффер Багге Хардер.
Имея первоначальную базу для работы в Университете Осло, Норвегия, он был ведущим автором авторской группы из 28 человек из университетов семи стран.
«Эволюция учит нас, что невыгодные черты имеют тенденцию исчезать со временем, поэтому очевидным следствием является то, что адаптивность и универсальность этих крупных структур генома должны быть преимуществом для этих грибов», — говорит Франсис Мартин из INRAE и Университета Лотарингии в Шампено, Франция.
И это несмотря на затраты на наличие большого генома с множеством, возможно, ненужных функций, которые должны воспроизводиться в каждом клеточном делении. Это может быть особенно актуально в таких экстремальных условиях, как Арктика, что также наблюдается у растений.
Исследователи решили изучить Mycena, основываясь на ее роли в качестве основного гриба-разрушителя подстилки и листьев в лесных экосистемах. Несмотря на крошечные плодовые тела, Mycena играет важную роль в глобальном углеродном цикле.
Долгое время считалось, что эта группа грибов живет исключительно за счет мертвого органического материала, но совсем недавно было обнаружено, что некоторые виды также зарабатывают на жизнь за счет кооперативных или паразитических взаимодействий с живыми растениями.
Mycena также биолюминесцентны, то есть светятся в темноте, и в более ранних работах, описывающих геномы пяти видов мицен, исследовалось это явление. Чтобы узнать больше об их непосредственном образе жизни, исследователи теперь хотели изучить широкую палитру видов Mycena с различными предпочтениями в отношении субстратов.
В новом исследовании они создали новые последовательности генома для 24 дополнительных видов Mycena и родственного вида, теперь известного как Atheniella floridula. Геномы были секвенированы и аннотированы в рамках программы общественных наук Объединенного института генома Министерства энергетики США. Работа является частью проекта «1000 геномов грибов», целью которого является изучение разнообразия геномов как внутри, так и внутри различных групп грибов, в данном случае рода Mycena.
Включенные виды представляют шесть категорий разрушителей: разрушители древесины, разрушители широколиственной древесины, универсалы травяной подстилки, разрушители широколиственной подстилки, разрушители хвойной подстилки и общие разрушители подстилки. В него также вошли три арктических вида.
Они добавили свои новые геномы к 33 дополнительным геномам немиценовых видов. Они хотели понять, как геномы развивались и расширялись с течением времени и как виды могли различаться по ферментам, разрушающим клеточные стенки растений, в зависимости от их образа жизни.
Они были удивлены, обнаружив, что Mycena в целом продемонстрировала массовое расширение генома, затронувшее все семейства генов, независимо от их ожидаемых привычек.
Расширение, по-видимому, было вызвано появлением новых генов, а также дупликацией генов, увеличением коллекций генов, которые производят ферменты для разложения полисахаридов, пролиферацией мобильных элементов и горизонтальным переносом генов от других видов грибов.
Они также обнаружили, что два вида, собранные в Арктике, имели самые большие геномы: их размер в два-восемь раз больше, чем у Mycena, обитающих в зонах умеренного климата.
«Особым сюрпризом было то, что арктические геномы были так сильно расширены в дополнение к общей экспансии Mycena, а также то, что Mycena горизонтально перенесли гены от аскомицетов», — говорит Хардер. «Эти виды также встречаются в районах с умеренным климатом, и на основе наших результатов мы не можем с уверенностью сказать, являются ли эти виды крупными из-за влияния конкретного вида или из-за влияния Арктики».
Однако было показано, что некоторые арктические растения расширяют свои геномы за счет мобильных элементов или просто полностью дублируют свои геномы по сравнению с их близкими родственниками в умеренных зонах, и, конечно, возникает соблазн предположить, что аналогичная параллельная эволюция может происходить и в арктических грибах.
«Принято считать, что эволюционный переход от грибов-разрушителей к симбиотическим грибам произошел параллельно в нескольких группах грибов на протяжении миллионов лет назад», — говорит Ховард Каузеруд из Университета Осло, Норвегия. «Однако с помощью Mycena мы, похоже, наблюдаем этот постепенный процесс в действии, происходящий прямо на наших глазах».
«Из других направлений исследований мы знаем, что Mycena, в отличие от многих других грибов, может вести более чем один возможный образ жизни. Результаты показывают, что эти многочисленные возможные образы жизни также отражаются в структурах их генома», — говорит Хардер.
Полученные результаты также имеют важное значение для усилий по пониманию привычек организма только на основе последовательностей его генома.
«Это служит напоминанием о том, что не всегда можно легко определить основную экологию или образ жизни гриба, просто секвенировав его геномы», — сказал Мартин. «Это очень важно помнить в эпоху, когда секвенирование ДНК становится все дешевле и дешевле и становится все более и более повсеместным, в то время как традиционные практические знания об организме менее распространены среди молодых поколений биологов».
