Хотя вид черных или белых трюфелей, нарезанных на макароны, обычно считается признаком обеденной расточительности, они играют важную роль в экосистемных услугах почвы. Трюфели - это плодовые тела эктомикоризных (ECM) грибковых симбионтов, обитающих на корнях растений-хозяев. Во многих линиях Ascomycota и Basidiomycota виды, образующие трюфели, развивались независимо почти в каждой основной группе. Это говорит о том, что симбиоз стимулирует эволюцию разнообразия трюфелей и отбирает определенные черты.
Команда во главе с Фрэнсисом Мартином и его коллегами из Французского национального института сельскохозяйственных исследований (INRA), Genoscope и Туринского университета, в которую входят исследователи из Объединенного института генома Министерства энергетики США (JGI).), исследовательский центр Министерства энергетики США, стремился получить представление об образе жизни внеклеточного матрикса видов, образующих трюфели. Как сообщается в журнале Nature Ecology & Evolution, команда провела сравнительный анализ восьми грибов Pezizomycete, включая четыре вида, которые ценятся как деликатесы.
Десятилетие исследований симбиоза ECM
Подземные сети, которые связывают грибы ECM и их корни растений-хозяев, формируют эти экосистемы, влияя на здоровье растений и их устойчивость к стрессовым факторам, таким как засуха или болезни, а также на глобальный углеродный цикл. Исследования показали, что эктомикоризные грибы могут замедлять круговорот углерода в почве, ограничивая азот. Грибы поглощают минеральные вещества из почвы и обменивают их на сахара, которые растения производят в процессе фотосинтеза.
В рамках Программы общественной науки JGI JGI de novo секвенировала геномы двух грибов, образующих трюфели: свиного трюфеля (Choiromyces venosus) и пустынного трюфеля (Terfezia boudieri), а также двух других неформирующихся пезизомицетов. трюфели: Ascobolus immersus и Morchella importuna. Эти четыре генома, а также геном белого пьемонтского трюфеля (Tuber magnatum) были аннотированы через конвейер JGI. Геном бургундского трюфеля (T. aestivum) был секвенирован с помощью Genoscope.
Работа основана на более ранних исследованиях грибкового симбиоза, включающих первый геном гриба ECM (Laccaria bicolor, секвенированный десять лет назад JGI) и первый геном трюфеля (T. melanosporum), секвенированный Genoscope, который является частью этот анализ. «Из генома Laccaria bicolor и Tuber melanosporum мы узнали, что симбиоз внеклеточного матрикса развился в результате массовой потери генов, участвующих в деградации клеточной стенки растений (CAZymes), и инноваций de novo коммуникационных белков, таких как индуцированные микоризой небольшие секретируемые белки, контролирующие иммунитет растения-хозяина», - сказал старший автор исследования и давний сотрудник JGI Мартин. В исследовании, проведенном совместно с JGI в 2015 году, Мартин и его коллеги показали, что виды внеклеточного матрикса произошли от сапротрофов, питающихся разлагающимся органическим веществом, и что эти эволюционные закономерности присутствуют во многих группах Basidiomycota.
«Здесь, - добавил Мартин, - мы показали, что потеря генов, участвующих в деградации лигноцеллюлозы/клеточной стенки растений (CAZymes), и более высокая скорость эволюции генов-сирот, связанных с симбиозом, сформировали геномы пезизомицетов-трюфелей, один из старейших / базальных ветвей эктомикоризных Ascomycota. Это означает, что аналогичные эволюционные механизмы независимо приводили к симбиозу у Ascomycota и Basidiomycota. Мы также показали, что пути развития и метаболизма, выраженные в эктомикоризных корнях и плодовых телах белого (T. magnatum) и черные (T. melanosporum) трюфели неожиданно очень похожи из-за того, что они разошлись примерно 100 миллионов лет назад."
Следующие шаги по ароматизации
Обнаружение и распространение этих подземных деликатесов зависит от обученных животных, которые чувствуют характерный запах трюфелей. Мартин и его команда предполагают, что летучие органические соединения, которые производят эти ароматы, также могут быть изменены микробными сообществами, превращающимися в трюфели.
«В дополнение к небольшим секретируемым белкам, критически важным для взаимодействия грибов с их растениями-хозяевами, эти небольшие молекулы, закодированные в геномах трюфелей кластерами генов вторичных метаболитов, предлагают еще один канал связи между грибами и окружающей средой», - добавляет Игорь Григорьев., руководитель программы JGI Fungal Program, и заключает: «Таким образом, секвенированные геномы открывают двери для исследования многомерных взаимодействий грибов с растениями»