Среди претендентов на звание самого большого живого организма в мире есть что-то, что обычно считается гораздо меньшим, чем синий кит или возвышающаяся секвойя. Этот конкретный организм настолько велик, что нужна воздушная карта, чтобы понять его размер, и даже тогда он не полностью виден, так как большая часть его находится под землей. Это образец грибка Armillaria ostoyae, впервые обнаруженный два десятилетия назад, хотя к тому времени ему было несколько тысячелетий., 300 бассейнов олимпийских размеров, а весит как три синих кита вместе взятых.
Помимо размера, грибы Armillaria доминируют в совершенно другой категории: они являются одними из самых разрушительных грибковых патогенов, вызывая корневую гниль более чем у 500 видов растений, произрастающих в лесах, парках и на виноградниках. Как грибы белой гнили, они способны разрушать все компоненты клеточных стенок растений - целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин - способность, которая интересует исследователей биоэнергетики, ищущих методы рентабельного преобразования биомассы растений в альтернативные виды топлива. Об этом сообщается в выпуске журнала Nature Ecology & Evolution от 30 октября 2017 г. международной группы под руководством Ласло Г. Надь из Центра биологических исследований Венгерской академии наук, в которую входят исследователи из Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI)., Центр научных исследований Министерства энергетики США, секвенировал и проанализировал четыре гриба Armillaria, включая A. ostoyae, а затем сравнил эти геномы с геномами родственных грибов, чтобы лучше понять эволюцию способности Armillaria распространяться и заражать, а также эффективно разрушать все компоненты клеточных стенок растений.
Виды Armillaria являются одними из самых разрушительных лесных патогенов, ответственных за сокращение лесов во многих регионах с умеренным климатом. Таким образом, существует значительный интерес к разработке стратегий борьбы с Armillaria spp. первый шаг», - сказал старший автор исследования Надь. «Нас интересует, как Armillaria использует ферменты, разрушающие клеточные стенки растений (PCWDE), при столкновении с потенциальными растениями-хозяевами».
По словам соавтора исследования Джеймса Андерсона из Университета Торонто, виды Armillaria чрезвычайно распространены в северных лесах умеренного пояса и имеют почти идентичную морфологию плодовых тел, но различный образ жизни. Например, A. gallica в первую очередь разлагает лиственные породы и не является патогеном для хвойных. Напротив, A. ostoyae может быть очень агрессивным возбудителем корневой гнили елей, сосен и других хвойных деревьев, вызывая до 100% гибели сеянцев хвойных.
«Оба этих гриба оказывают большое влияние на состав пород лесных деревьев и на круговорот углерода», - сказал Игорь Григорьев, руководитель программы по грибкам Министерства энергетики США JGI и соавтор исследования. «Оба могут помочь нам лучше понять механизмы деградации лигноцеллюлозы. Более того, они были одними из первых представителей семейства Physalacriaceae и были секвенированы в рамках инициативы DOE JGI 1000 Fungal Genomes по созданию эталонных геномов каждого из более чем 500 признанных семейств грибов. чтобы заполнить пробелы в Грибном Древе Жизни."
Помимо A. ostoyae, команда также секвенировала и проанализировала геномы A. cepistipes, A. gallica и A. solidipes. Затем эти геномы сравнили с 22 геномами грибов, многие из которых были ранее секвенированы и аннотированы DOE JGI. Они каталогизировали 20 семейств генов, связанных с патогенностью грибов, и определили обогащенные семейства PCWDE, которые лучше подходят для эффективного расщепления и доступа к питательным веществам в мертвой древесине. Чтобы помочь объяснить необычно большие геномы грибов в роде Armillaria, они также обнаружили дублированные гены, предполагая, что Armillaria эволюционировала в основном за счет расширения семейства генов, а не мобильных элементов или «прыгающих генов». Все геномы грибов Armillaria доступны на портале геномики грибов DOE JGI MycoCosm вместе с последовательностями генома грибов, используемыми для сравнения.
Надь также отметил, что исследование также проливает свет на один из давних вопросов биологии: эволюцию многоклеточности. «Наша сравнительная геномика и данные РНК-Seq показывают, что развитие ризоморфов - структур, похожих на шнурки, которые распространяются по субстрату в поисках новых источников пищи и могут проходить под землей на несколько футов - имеет много общего с развитием плодовых тел. представляют собой сложные многоклеточные структуры», - сказал он.
Так же, как хорошо организованные команды могут достичь большего, чем даже талантливые люди, эволюция многоклеточности представляет большой интерес, поскольку многоклеточные организмы могут выполнять функции, недоступные отдельным клеткам. Кроме того, коллекция ферментов, разлагающих биомассу растений, собранная A. ostoyae, может предоставить кандидатов для использования с биоэнергетическим сырьем для производства биотоплива и биопродуктов, которые было бы трудно производить с экономической точки зрения с использованием более традиционных подходов.