Их можно найти на лесных подстилках, болотах и в домах, размер которых варьируется от меньшего, чем точка на клавиатуре вашего смартфона, до нескольких городских кварталов. По оценкам, на этой планете обитает более миллиона видов грибов, но большая часть этого разнообразия остается неизвестной, поскольку грибы не были обнаружены и не были культивированы для изучения в лабораториях.
Сообщено 8 октября 2018 года в журнале Nature Microbiology группой исследователей из Университета США. S. Объединенный институт генома Министерства энергетики (DOE) (JGI), подразделение Министерства энергетики США по научным исследованиям, разработал конвейер для создания геномов из отдельных клеток некультивируемых грибов. Подход был протестирован на нескольких некультивируемых видах грибов, представляющих ранние дивергирующие грибы, самые ранние эволюционные ветви генеалогии грибов, которые обеспечивают репертуар важных и ценных генных продуктов.
«Большая часть филогенетического разнообразия представляет собой ранние расходящиеся грибы», - сказал один из авторов исследования Тим Джеймс из Мичиганского университета. «Из исследований ДНК в окружающей среде мы знаем, что они распространены во многих средах обитания, но они, предположительно, микроскопические, поэтому вам действительно нужно их искать. Мы не знаем, как они выглядят, и мы знаем, что мы не можем их культивировать, поскольку то, что вы можете культивировать, не является репрезентативным для того, что вы видите в ДНК окружающей среды. Мы хотели бы иметь возможность посмотреть на данный образец и определить, как могут выглядеть клетки, но мы также хотим посмотреть на геномы организмов и сделать вывод, какие они. Вот где на помощь приходит одноклеточная геномика».
Техника изучения неизвестного разнообразия
С помощью таких проектов, как «1000 геномов грибов» JGI, исследователи стремятся расширить известную долю разнообразия грибов с помощью репрезентативных последовательностей геномов для различных линий. Однако даже с такими усилиями большинство доступных геномов принадлежат только двум основным линиям, Ascomycota и Basidiomycota. Ранние расходящиеся линии, которые находятся ближе к основанию Грибкового Древа Жизни, имеют мало репрезентативных геномов.
«Концептуально, это пилотный проект», - сказал специалист по данным JGI и первый автор Стивен Арендт, который начал работать над проектом в качестве научного сотрудника. «Идея аналогична подходу JGI к микробной темной материи - виды есть, но они не проявляются при культивировании на чашках».
Подход одноклеточной геномики был применен к восьми грибам, семь из которых принадлежат к ранним расходящимся линиям Cryptomycota, Chytridiomycota и Zoopagomycota. Кроме того, шесть из семи грибов являются микопаразитами, или грибами, поражающими другие грибы. Таким образом, они должны иметь возможность заражать хозяев, не причиняя себе вреда. Эти виды выращивали в совместной культуре с их хозяевами, а затем выделяли споры паразитов для отбора проб. «Этот микопаразитический образ жизни может быть причиной того, что эти виды невозможно культивировать», - отметила Арендт.
Глядя на геномы шести микопаразитов, команда обнаружила, что основные гены метаболизма для путей, включающих, среди прочего, тиамин, мочевину и сульфат, отсутствуют, что может затруднить их культивирование. Джеймс отметил, что грибы, используемые в исследовании, были отобраны из широкого спектра микопаразитических стратегий и представляют собой большой период эволюции, что затруднило для команды определение новых наборов генов, которые могли бы пролить свет на образ жизни микопаразитов. Он добавил, что исследование действительно подчеркивает, что одноклеточный подход возможен для того, что он называет «грибковой темной материей».«Отдельные клетки грибов давали от 6 до 88 процентов генома, но объединение отдельных клеток давало ко-сборки генома в диапазоне от 73 процентов до 99 процентов.
Без подтверждения принципа
Существует около 2 000 описанных видов ранних дивергирующих грибов и около 120 000 описанных видов Ascomycota и Basidiomycota, сказал Джеймс. «Мы описали примерно 5 процентов грибкового разнообразия, и мы живем в эпоху, когда мы можем начать добираться до этой недостающей части разнообразия».
Подход одноклеточной геномики будет применен к предложению программы JGI Community Science Program, возглавляемой Джеймсом, в котором участвуют 50 неизвестных грибов, рано дивергирующихся из водной среды. «Мне бы очень хотелось, чтобы люди воспользовались этим подходом и настроили конвейер, чтобы он подходил для разных групп организмов», - сказал он. «Этот пилот только начал исследование, изучая одноклеточные водные организмы, и тем не менее у нас есть организмы в почве, в растениях и так далее. Джеймс говорил об «Использовании генетической изменчивости среди отдельных клеток или отдельных людей для понимания загадочной биологии грибов» на встрече JGI Genomics of Energy & Environment Meeting 2018 года. Смотрите его выступление на канале JGI на YouTube по адресу
«Эта работа была доказательством того, что подход одноклеточной геномики может реконструировать почти полные геномы грибов и дать представление о филогенетическом положении и метаболических возможностях различных некультивируемых видов из образцов окружающей среды», - согласился JGI Fungal. Руководитель программы и соавтор Игорь Григорьев. «Несколько геномов в этом исследовании представляют собой первые ссылки на типы грибов, содержащие в основном виды, которые не культивировались или не могут быть культивированы. Наличие геномных последовательностей и метаболических реконструкций широкого разнообразия некультивируемых видов грибов позволяет нам лучше понять эволюцию грибов и расширить каталоги. генов, ферментов и путей для науки и приложений Министерства энергетики США."