Гриб полагается на бактерии для регуляции ключевых компонентов своего репродуктивного аппарата

Исследователи изучили роль бактерий, живущих внутри хозяина (эндосимбионтов), в размножении гриба-хозяина и генах, которые они регулируют. Это помогает понять, как полезные организмы передаются между поколениями хозяев. Бактериальный эндосимбионт Burkholderia считается мутуалистом (взаимовыгодный симбиоз), но, как предполагается, эволюционировал из паразитического взаимодействия с почвенным грибом-хозяином Rhizopus microsporus. Установление контроля бактерий над размножением хозяина, вероятно, стало ключевым моментом в этом эволюционном переходе. Используя эту модель, исследователи также создали первый транскриптомный набор данных о половом размножении у древних грибов и обнаружили гены, критически важные для этого процесса.

В отсутствие эндобактерий Burkholderia гриб Rhizopus не может быть патогеном растений, не может размножаться бесполым путём, а теперь выяснилось, что эндобактерии также регулируют его половое размножение. Работа проливает свет на малоизученную группу масличных грибов (Mucoromycotina) и влияние этого мутуалистического взаимодействия на их потенциал как крупномасштабных производителей биодизеля.

В наследственных мутуализмах хозяева передают полезных симбионтов между поколениями. Однако происхождение таких отношений часто антагонистично, и паразиту сначала нужно обеспечить собственную передачу. Чтобы понять, как происходит переход от антагонизма к мутуализму, было проведено совместное исследование на примере взаимовыгодных отношений между патогенным грибом Rhizopus microsporus (Rm) и эндобактериями Burkholderia. Rhizopus — патоген сельскохозяйственных культур, включая подсолнечник и кукурузу, и относится к масличной группе Mucoromycotina. Команда из Корнеллского университета культивировала и экспериментировала с грибами и бактериями, а команда Объединённого института генома (DOE JGI) секвенировала и аннотировала геном хозяина (Rm ATCC 52813) в рамках проекта «1000 грибных геномов».

Как сообщалось в выпуске Nature Communications от 29 ноября 2017 года, команда обнаружила, что гриб сильно зависит от эндобактерий Burkholderia для размножения как половым, так и бесполым путём. Эта зависимость согласуется с моделью «зависимости» в эволюции мутуализма: в данном случае эндобактерии контролируют экспрессию гена ras2-1, критически важного для репродуктивного развития, что делает гриб зависимым от постоянного присутствия бактерий. Изучая модель симбиоза Rm–Burkholderia, команда смогла реконструировать репродуктивные пути в нескольких ветвях царства грибов, создав первый транскриптомный набор данных о половом размножении у древних грибов и найдя гены, связанные с полом, у разных грибов. Они также обнаружили консервативные гены-кандидаты, общие для всех Mucoromycotina, которые, по-видимому, участвуют в распознавании феромонов, критически важных для этого грибного репродуктивного пути.

Без мутуалистических отношений Rm–Burkholderia Rhizopus не является патогеном растений и не может легко размножаться. Все обнаруженные на сегодняшний день эндосимбионты грибов существенно влияют на липидный метаболизм хозяина. Поскольку эти масличные грибы являются потенциальным устойчивым источником альтернативного топлива, понимание грибково-бактериальных отношений может пролить свет на то, как эти взаимодействия влияют на производство липидов у Mucoromycotina и их промышленный потенциал.