Генетические образцы из коллекций грибов позволили построить "древо жизни" шляпочных грибов

Генетический материал из коллекций грибов Университета Пёрдью и Королевских ботанических садов Кью помог исследователям разрешить "древо жизни" шляпочных грибов. Эта карта эволюционных взаимоотношений ключевых видов, которую учёные пытались составить более 200 лет.

Команда использовала ДНК из замороженных, высушенных при нагревании и лиофилизированных образцов для анализа набора данных из 39 геномов. Эти геномы представляют большинство известных семейств в порядке Agaricales, который включает многие известные виды грибов: культивируемые съедобные грибы, псилоцибиновые грибы и смертельно ядовитую бледную поганку (Amanita phalloides). Технологии высокопроизводительного секвенирования позволили учёным определить семь новых подотрядов и "ствол" древа Agaricales, создав основу для проверки гипотез об эволюции грибов.

"Микология — это действительно один из последних рубежей в биологии. Мы знаем, что видов грибов в 6–20 раз больше, чем растений, но мы на самом деле мало о них знаем. Люди пытались выяснить, как связаны между собой грибы, со времён Линнея. Приятно наконец разгадать эту загадку", — сказала Кэтрин Эйм, доцент микологии.

Грибы необходимы для здоровья экосистем, растений и животных. Они разлагают упавшую древесину и другую органику. Большинство наземных растений полагаются на полезные грибы для доставки воды и питательных веществ. Грибы в желудке жвачных животных, таких как коровы, играют жизненно важную роль в пищеварении. Большинство людей также являются хозяевами грибов, которые помогают поддерживать баланс нашей естественной микрофлоры.

Но, несмотря на их важность и богатое разнообразие, о грибах известно сравнительно мало. Многие виды имеют "скрытую и непредсказуемую жизненную историю", что затрудняет их изучение. Подавляющее большинство грибов микроскопические, и лишь несколько порядков образуют видимые плодовые тела. Некоторые виды имеют сложные жизненные циклы, не имеющие аналогов у других многоклеточных организмов. Другие крайне редки и представлены лишь несколькими находками.

Именно неуловимость грибов делает фунгарии (коллекции сохранившихся образцов грибов) такими ценными. Они предлагают панораму разнообразия известных грибов и часто являются единственными местами, где можно изучить редкие виды.

"Чтобы заново собрать многие из этих образцов в природе, потребуются десятилетия, если не целые жизни", — отметила Эйм.

До недавнего времени фунгарии были ограниченно полезны для генетических исследований из-за технической сложности секвенирования генома и плохого качества ДНК из старых высушенных образцов. Однако технологический прогресс позволил исследователям использовать короткие последовательности ДНК из коллекций для сборки целых геномов и идентификации генов-маркеров, связывающих родственные виды. Это и привело к созданию древа жизни.

Древо даёт самое чёткое и подробное на сегодняшний день представление о фундаментальных взаимосвязях между грибами и времени возможной эволюции определённых типов. Согласно древу, самые ранние Agaricales были редуцентами (разлагателями) или биотрофами — организмами, получающими питание от других живых организмов, включая патогены.

"У нас был взгляд, что организмы становились более 'эгоистичными' по мере эволюции, учась использовать систему, становясь патогенами. Но возможно, 'эгоизм' появился первым, а со временем некоторые из этих видов совместно эволюционировали, чтобы стать более мутуалистическими", — предположила Эйм.

Исследование также подчеркнуло важность фунгариев как научных ресурсов для геномной эпохи.

"Мы, возможно, находимся на пороге крупной революции, основанной на коллекциях. Люди думают о фунгариях как о коллекциях марок — это не так. Эти коллекции закрепляют наши концепции всего в биологии и являются нашими единственными хранилищами для некоторых вымирающих или, возможно, уже исчезнувших видов. Чрезвычайно важно, чтобы мы попытались собрать и сохранить как можно больше видов. Будущие технологии могут позволить нам использовать эти материалы способами, которые мы сейчас даже не можем представить. Мы должны получить их, пока они не исчезли", — заключила учёный.