Грибы-мицены имеют «расширенные» геномы для адаптации к разным образам жизни

Исследование множества видов грибов рода Mycena (мицены или колпаки), опубликованное в журнале Cell Genomics 27 июня, показало, что они обладают неожиданно крупными геномами.

Ранее считалось, что эти грибы живут только за счёт разложения мёртвой органики. Однако открытие предполагает, что у них, вероятно, есть набор генов, позволяющий адаптироваться к разным образам жизни при изменении обстоятельств. Интересно, что некоторые штаммы Mycena, обитающие в Арктике, имеют одни из самых больших геномов среди грибов, когда-либо описанных.

«Как группа, Mycena просто использовали все возможные известные приёмы из арсенала, чтобы расширить свои геномы, и, по-видимому, для нескольких различных целей, которые не имеют очевидной связи с их известным, предположительно предпочитаемым образом жизни», — говорит Кристоффер Бугге Хардер, ведущий автор исследования, в котором участвовали 28 учёных из университетов семи стран.

«Эволюция говорит нам, что невыгодные признаки со временем исчезают, поэтому очевидный вывод заключается в том, что адаптивность и универсальность в этих крупных геномных структурах должны быть преимуществом для этих грибов», — добавляет Франсис Мартен из INRAE и Университета Лотарингии (Франция). — «Это несмотря на затраты на поддержание большого генома с множеством, возможно, ненужных элементов, которые должны реплицироваться при каждом делении клетки. Это может быть особенно верно для экстремальной среды, такой как Арктика, что также наблюдается у растений».

Исследователи начали изучать Mycena из-за их роли основных грибов-разрушителей лесной подстилки и листьев в экосистемах. Несмотря на крошечные плодовые тела, мицены играют важную роль в глобальном углеродном цикле.

Хотя долгое время считалось, что эта группа грибов живёт исключительно за счёт мёртвого органического материала, недавно было обнаружено, что некоторые виды также могут существовать за счёт кооперативных или паразитических взаимодействий с живыми растениями. Мицены также являются биолюминесцентными (светятся в темноте).

В новом исследовании были секвенированы и аннотированы геномы 24 дополнительных видов Mycena и родственного вида Atheniella floridula в рамках программы Community Science Program DOE Joint Genome Institute. Работа является частью проекта 1000 Fungal Genomes.

Исследуемые виды представляли шесть категорий по типу разлагаемого субстрата: общие разрушители древесины, разрушители древесины лиственных пород, общие разрушители травяного опада, разрушители опада лиственных пород, разрушители опада хвойных пород, а также три арктических вида.

Учёные обнаружили, что у Mycena в целом произошло масштабное расширение генома, затрагивающее все семейства генов, независимо от их ожидаемых экологических привычек.

Расширение, по-видимому, было вызвано:

• Появлением новых генов, а также дупликацией генов.
• Увеличением коллекции генов, производящих ферменты для разложения полисахаридов.
• Пролиферацией мобильных генетических элементов (транспозонов).
• Горизонтальным переносом генов от других видов грибов.

Также было обнаружено, что два вида, собранные в Арктике, имеют самые большие геномы — в 2–8 раз больше, чем у мицен, обитающих в умеренных зонах.

«Особенно удивительно, что арктические геномы были настолько расширены поверх общего расширения Mycena — и что Mycena получили гены путём горизонтального переноса от аскомицетов», — отмечает Хардер.

«Эволюционный переход от гриба-разрушителя к симбиотическому грибу, как полагают, происходил параллельно в нескольких грибных группах на протяжении миллионов лет эволюции. Однако с Mycena мы, кажется, наблюдаем этот постепенный процесс в действии прямо сейчас», — говорит Ховард Каусеруд из Университета Осло (Норвегия).

Результаты также имеют важное значение для попыток понять экологию организма только по последовательностям его генома.

«Это служит напоминанием, что нельзя всегда легко вывести основную экологию или образ жизни гриба, просто секвенировав его геном», — заключает Мартен.