小蘑菇大基因

科學家發現，傘菌的重要群類——小菇的基因組出乎意料地大。特別是生長在北極的一些小菇物種擁有迄今為止所描述的最大的蘑菇基因組。這表明它們可能擁有一系列基因，使其能夠隨著環境的變化而適應不同的生存方式。相關研究6月27日發表于《細胞—基因組學》。

小菇是森林生態系統中凋落物和樹葉的主要分解者。盡管它們很小，但在全球碳循環中扮演著重要的角色。長期以來，人們一直認為這類蘑菇完全以死亡的有機物質為食，但最近發現，一些蘑菇也通過與活植物的合作或寄生作用來謀生。小菇能在黑暗中發光，5種小菇的早期基因組研究已經揭示了這種現象。為了更多地了解小菇的生長，研究人員希望廣泛研究小菇物種，以便找出對基質不同的偏好。

在新研究中，挪威奧斯陸大學的Christoffer Bugge Harder帶領來自7個國家的28名科學家研究了24種小菇和一種小菇姊妹屬的基因組序列。這些基因組通過美國能源部聯合基因組研究所的公民科學計劃進行了測序和注釋，所包括的物種代表了6大類別，其中包括3種北極物種。研究團隊將新基因組數據添加到另外33個來自非小菇物種的基因組中，他們想了解基因組在進化過程中是如何進化和擴展的，以及物種在植物細胞壁降解酶方面的差異是如何源自其生長習性的。

研究者驚訝地發現，不管預期生長習性如何，小菇整體上顯示出大規模的基因組擴增。這種擴張似乎是由新基因的出現、基因復制、產生降解多糖酶的基因集合的擴大、轉座因子的增殖，以及來自其他真菌物種的水平基因轉移所驅動的。他們還發現，在北極收集的2個小菇物種擁有迄今為止最大的小菇基因組，其大小是生活在溫帶的小菇的2到8倍。

 小菇。圖片來自：Pixabay

“進化學表明非優勢特征往往會隨著時間的推移而消失，這些大型基因組結構中的適應性和一般性一定是這些真菌的優勢。”法國農業科學研究院和洛林大學的Francis Martin說，“不過在每次細胞分裂中必須復制大量可能不必要的特征，擁有一個龐大的基因組是有代價的，在北極這樣的極端環境中尤其如此，植物也是如此。”

“作為一個群體，小菇只是簡單地利用了所有可能的技巧來擴展基因組，顯然是為了多種不同目的，而這些目的與其生長似乎沒有明顯的聯系。”Harder說，“特別令人驚訝的是，北極小菇的基因組是在小菇基因組總體擴展之上特別擴展的，而且小菇從子囊菌中水平轉移了基因。”

他表示，這些物種也存在于溫帶地區，因此無法得出結論，這些物種的龐大是由于特定的物種效應還是由于北極效應。但與溫帶地區的近親相比，一些北極植物已經被證明用轉座因子膨脹了它們的基因組，或者只是簡單地復制了它們的整個基因組。因此，人們很容易認為，北極蘑菇也可能發生類似的平行進化。

“一般認為，從分解者到共生真菌的進化轉變通常被認為是在數百萬年前的進化過程中，在幾個真菌群中并行發生的。然而，有了小菇，我們似乎看到這個漸進的過程就在我們眼前發生。”挪威奧斯陸大學的Havard Kauserud說，與許多真菌不同，小菇可以采用多種可能的生長方式。這些潛在的生長方式也反映在它們的基因組結構中。

這些發現對于僅從生物體基因組序列來理解其習性也有重要的意義。“這提醒我們，僅僅通過對真菌的基因組進行測序，并不能輕易推斷出真菌的主要生長環境或方式。”Martin說，“這一點非常重要，因為在這個時代，DNA測序變得越來越便宜，越來越普遍，而傳統的實踐生物知識在年輕一代生物學家中不那么普遍，也更難獲得資金。”

相關論文信息：

http://doi.org/10.1016/j.xgen.2024.100586