Ключевые гены для симбиоза микоризных грибов и деревьев эволюционировали несколько раз

Международная команда ученых в рамках «Инициативы по секвенированию геномов микоризных грибов» (Mycorrhiza Genome Initiative, MGI) провела первое комплексное сравнительное филогеномное исследование этой группы грибов. Анализ 49 геномов грибов, включая 18 впервые секвенированных, показал, что эктомикоризный образ жизни (симбиоз с корнями деревьев) возник менее 200 миллионов лет назад, что на 100 миллионов лет позже, чем у их предков — грибов белой и бурой гнили.

Параллельная эволюция симбиоза

Исследование, опубликованное в Nature Genetics, выявило, что ключевая геномная адаптация, позволяющая грибам вступать в симбиоз с корнями, эволюционировала независимо и неоднократно в разных линиях грибов. «Эктомикоризные симбиозы довольно сложны, однако анализ 49 геномов показал, что этот признак независимо эволюционировал в многочисленных линиях грибов», — говорит один из ведущих авторов работы Франсис Мартен из французского Национального института агрономических исследований (INRA).

Ферменты и генетические инновации

Особое внимание ученые уделили генам, кодирующим ферменты, разлагающие клеточную стенку растений (Plant Cell Wall Degrading Enzymes, PCWDEs). Сравнение с грибами белой гнили, способными разлагать лигнин и появившимися более 300 миллионов лет назад, показало, что эктомикоризные грибы частично утратили эту способность, перейдя к симбиозу.

Геномы эктомикоризных грибов также демонстрируют высокую скорость обновления генов, активируемых во время симбиоза. Многие из этих генов не имеют гомологов даже у близкородственных видов, что указывает на масштабные генетические инновации, сопровождавшие возникновение симбиоза. По мнению исследователей, гены, необходимые для управления совместной жизнью гриба и растения, «переоткрывались» многократно в ходе параллельной эволюции.

Вклад из Германии

Важный вклад в проект внесли ученые из Центра Гельмгольца по исследованию окружающей среды (UFZ) и Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv) в Галле-Йена-Лейпциг. Штамм гриба Piloderma croceum, изучаемый в рамках проекта UFZ «TrophinOak» на клонированных дубах, был одним из 18 видов, чей геном был секвенирован впервые. Опыт проекта по выделению РНК из микоризы помог провести исследование экспрессии генов для анализа новых геномов. iDiv поддержал проект финансированием секвенирования и анализа, а его синтез-центр sDiv организовал в Лейпциге в 2011 году ключевой воркшоп для консорциума MGI.

Эти данные имеют решающее значение для понимания эволюции симбиоза и позволят в будущем лучше прогнозировать реакцию микоризных сообществ на изменения окружающей среды, такие как смена климата или методов ведения лесного хозяйства.