Роль грибов и бактерий в разложении лигноцеллюлозы раскрыта с помощью интегрированных омиксных технологий

Междисциплинарная команда из Центра биоэнергетических исследований Великих озёр (GLBRC) Министерства энергетики США использовала метагеномный и метапротеомный подходы для изучения симбиотических взаимоотношений между муравьями-листорезами, грибами и бактериями. В результате была составлена первая черновая геномная карта доминирующего гриба и прояснена его роль в деградации лигноцеллюлозы в подземных «грибных садах», которые культивируют муравьи. Это понимание может помочь в разработке целлюлозных биотоплив.

Целью исследования было определить, кто играет ключевую роль в разложении лигноцеллюлозы в подземных садах, куда муравьи приносят кусочки листьев для выращивания микробов в качестве источника пищи. На листьях растёт гриб Leucoagaricus gongylophorus, который традиционно считался пищей муравьёв. Результаты показывают, что L. gongylophorus играет доминирующую роль в расщеплении целлюлозы, после чего бактерии могут дальше трансформировать частично переваренные сахара в различные питательные вещества. Эти вещества могут стимулировать рост грибов и даже питать самих муравьёв. Очевидно, что в конверсии биомассы в садах муравьёв-листорезов ни грибы, ни бактерии не работают изолированно.

Муравьи-листорезы — классический пример насекомых-фитофагов, которые получают доступ к питательным веществам растительного материала через симбиоз с микробами. Грибные сады, которые они культивируют, позволяют им в огромных масштабах перерабатывать растительную биомассу. Однако механизмы этого процесса изучены плохо. В свете растущего интереса к целлюлозным биотопливам понимание того, как происходит крупномасштабная и быстрая деградация растительной биомассы у высокоразвитых насекомых, особенно актуально для биоинспирированных подходов к конверсии биомассы.

Команда провела метагеномный и метапротеомный анализ L. gongylophorus, выделенного из садов двух видов муравьёв-листорезов: Acromyrmex echinatior и Atta cephalotes. Хотя естественные сады находятся в Гамбоа (Панама), исследователи изучали материал из колоний, выращенных в лаборатории на диете из листьев дуба (Quercus) и клёна (Acer). В ходе метапротеомного анализа 44 347 масс-спектров были сопоставлены со всеми лигноцеллюлазами L. gongylophorus (пектиназами, ксиланазами, амилазами и целлюлазами).

В дальнейшем команда планирует изучить, как эти лигноцеллюлазы в садах муравьёв-листорезов реагируют на изменения в субстрате, который муравьи вносят в сады.