Симбиоз — движущая сила разнообразия трюфелей

Трюфели — это плодовые тела эктомикоризных (ЭМ) грибов-симбионтов, обитающих на корнях растений-хозяев. У многих представителей Ascomycota и Basidiomycota виды, образующие трюфели, независимо эволюционировали в почти каждой крупной группе. Это указывает, что симбиоз движет эволюцией разнообразия трюфелей и отбирает определённые признаки.

Международная команда учёных, включая исследователей из Объединённого института генома (JGI) Министерства энергетики США, провела сравнительный анализ восьми грибов Pezizomycete, включая четыре вида, ценимые как деликатесы. Результаты опубликованы в Nature Ecology & Evolution.

Эволюционные механизмы симбиоза

Подземные сети, связывающие ЭМ-грибы и корни растений, влияют на здоровье растений, их устойчивость к стрессам и глобальный углеродный цикл. Грибы поглощают минеральные питательные вещества из почвы и обменивают их на сахара, производимые растениями в процессе фотосинтеза.

В рамках исследования были de novo секвенированы геномы двух трюфелеобразующих грибов: трюфеля свиного (Choiromyces venosus) и трюфеля пустынного (Terfezia boudieri), а также двух других пецицомицетов, не образующих трюфели. Эти геномы, а также геном белого пьемонтского трюфеля (Tuber magnatum), были аннотированы с помощью конвейера JGI. Геном бургундского трюфеля (T. aestivum) был секвенирован Genoscope.

Работа опирается на более ранние исследования симбиоза, включая секвенирование первого генома ЭМ-гриба (Laccaria bicolor) и первого генома трюфеля (T. melanosporum).

«Мы показали, что потеря генов, участвующих в деградации лигноцеллюлозы/клеточной стенки растений (CAZymes), и более высокая скорость эволюции связанных с симбиозом орфанных генов сформировали геномы пецицомицетовых трюфелей, — сказал старший автор исследования Франсис Мартен. — Это означает, что сходные эволюционные механизмы независимо управляли симбиозом у Ascomycota и Basidiomycota. Мы также показали, что пути развития и метаболизма, экспрессируемые в эктомикоризных корнях и плодовых телах белого (T. magnatum) и чёрного (T. melanosporum) трюфелей, неожиданно очень похожи, учитывая, что они разошлись ~100 миллионов лет назад».

Следующие шаги и роль запаха

Обнаружение этих подземных деликатесов зависит от животных, улавливающих их характерный запах. Команда предполагает, что летучие органические соединения, создающие эти ароматы, также могут изменяться микробными сообществами, населяющими трюфели.

«Эти небольшие молекулы, закодированные в геномах трюфелей кластерами генов вторичного метаболизма, предлагают ещё один канал коммуникации между грибами и окружающей средой», — добавляет Игорь Григорьев, руководитель Fungal Program в JGI. Таким образом, секвенированные геномы открывают двери для изучения многомерных грибково-растительных взаимодействий.