共生是松露多样性的驱动力

虽然看到意大利面上的黑色或白色松露被视为餐饮铺张的一种标志，但它们在土壤生态系统服务中发挥着重要作用。松露是驻留在寄主植物根部的外生菌根(ECM)真菌共生体的子实体。在许多子囊菌和担子菌亚门系中，松露形成物种几乎在每个主要群体中独立进化。这表明共生驱动松露多样性的进化并选择特定的性状。

弗朗西斯·马丁及其同事在法国国家农业研究所(INRA)，Genoscope和都灵大学领导的团队，包括美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)，美国能源部办公室的研究人员科学用户设施，寻求洞察松露形成物种的ECM生活方式。据Nature Ecology&Evolution报道，该团队对八种Pezizomycete真菌进行了对比分析，其中包括四种被称为美味佳肴的物种。

ECM共生研究的十年

连接ECM真菌及其宿主植物根源的地下网络塑造了这些生态系统，影响了植物的健康和对干旱或疾病等压力因素的耐受性，以及全球碳循环。研究表明，外生菌根真菌可以通过限制氮来减缓土壤碳循环。真菌从土壤中吸收矿物质营养，并将它们交换为植物通过光合作用产生的糖。

通过JGI的社区科学计划，JGI de novo对两种松露形成真菌的基因组进行了测序：猪松露(Choiromyces venosus)和沙漠松露(Terfezia boudieri)以及另外两种不形成松露的Pezizomycetes：Ascobolus immersus和羊肚菌。这四个基因组以及皮埃蒙特白松露(Tuber magnatum)的基因组都是通过JGI的管道注释的。勃艮第松露(基因组普通小麦)通过Genoscope测序。

这项工作建立在早期真菌共生研究的基础上，该研究涉及第一个ECM真菌基因组(Laccaria bicolor，十年前由JGI测序)，以及Genoscope测序的第一个松露基因组(T. melanosporum)，这是该分析的一部分。“我们从Laccaria bicolor和Tuber melanosporum基因组中了解到，ECM共生是由植物细胞壁降解(CAZymes)中涉及的大量基因丧失和通信蛋白的重新创新而演变而来的，例如菌根诱导的小分泌蛋白控制研究资深作者和长期JGI合作者马丁说，寄主植物免疫力。在2015年与JGI的研究中然后，马丁和他的同事们发现，ECM物种是从以腐烂的有机物为食的腐生菌进化而来的，这些进化模式存在于许多担子菌群中。

“在这里，”马丁补充说，“我们发现木质纤维素/植物细胞壁降解(CAZymes)中基因的丢失和共生相关孤儿基因的更高进化速率已经塑造了最古老的松茸之一的基因组织。外生菌根真菌的基底进化枝。这意味着类似的进化机制独立地驱动了子囊菌和担子菌的共生。我们还发现，在白色(T. magnatum)和黑色(T. melanosporum)松露的外生菌根和子实体中表达的发育和代谢途径出乎意料地非常相似，因为它们在1亿年前分歧。

嗅到下一步

检测和传播这些地下美食取决于受过训练的动物嗅到松露的独特气味。马丁和他的团队建议，产生这些气味的挥发性有机化合物也可能被微生物群落变成松露。

“除了真菌相互作用与他们的植物宿主通过的次级代谢产物基因簇中的各块菌基因组编码这些小分子提供真菌和环境之间的通信的另一信道临界的小的分泌蛋白质，”加入伊戈尔格里戈里耶夫，所述JGI真菌方案头。他总结道：“因此，测序的基因组为探索多维真菌植物相互作用打开了大门。”

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