真菌如何帮助树木容忍干旱

树根和外生菌根(ECM)真菌之间的共生关系自成立以来一直在塑造森林生态系统。ECM真菌是支持全球林木的生长，健康和抗逆性的关键参与者，如橡树，松树，云杉，桦树和山毛榉，并有助于提高生物能源原料树的生产力，包括杨树和柳树。最常见的ECM真菌是Cenococcum geophilum，存在于亚热带至北极地区，特别是在极端环境中。它也是Dothideomycetes中唯一的菌根真菌，是由大约19,000种真菌物种组成的大型真菌，其中许多是植物病原体。

了解更多关于外生菌根特征在Cenococcum geophilum中占主导地位的问题，该研究小组由法国国家农业研究所(INRA)和瑞士联邦森林，雪地和景观研究所WSL的研究人员领导，其中包括美国研究人员美国能源部科学用户设施能源联合基因组研究所(DOE JGI)将其基因组与近亲Lepidopterella palustris和Glonium stellatum的基因组进行了比较，两者都不是ECM真菌。该研究于 2016年9月7日在Nature Communications上发表。他们在C. geophilum中发现了特定的适应性转录组 - 它的信使RNA分子集反映了真菌的实际生化活性 - 这可以帮助它们的宿主更能抵抗干旱胁迫，这一发现可能有助于在气候变化中开发更多的生物能源植物原料。

作为通过由INRA的研究资深作者Francis Martin领导的菌根基因组学倡议(MGI)进行的比较基因组分析的一部分，DOE JGI对C. geophilum及其近亲Lepidopterella palustris进行了测序，并对这两个基因组和另一个近亲进行了注释。，Glonium stellatum。“我们展示了C的基因组。geophilum在最大的真菌类Dothideomycetes中，唯一已知的菌根共生体，与先前测序的外生菌根担子菌一样，获得了与菌根生活方式相同的基因组适应性，“Martin说。“这些包括显着减少的植物细胞壁降解酶(PCWDEs)数量和大量共生诱导的谱系特异性基因，包括十二种菌根诱导的小分泌效应蛋白样蛋白(MiSSPs)。”与自由生活不同腐生菌，真菌通过分解森林土壤中的有机物而获得营养，因此需要PCWDEs，Cenoccocum已经开始严重依赖其宿主的碳营养。

发现干旱适应的关键基因

注意到树根尖用C定殖。geophilum对干燥具有很强的抵抗力，该团队的一项重要发现是三种最高度诱导的C中的两种。水通道共生密码中的geophilum基因。“这些水通道基因的调控在干旱条件下进行了微调，因此它们可能在寄主植物的干旱适应中发挥关键作用，”瑞士联邦研究所WSL的第一作者Martina Peter说。

“ C. geophilum种群基因组学应该阐明宿主和环境适应的机制，”该团队在他们的论文中写道。“它应该有助于鉴定干旱适应的C. geophilum菌株，这些菌株可用于有效地支持受到世界许多地区干旱期预测增加威胁的寄主树木。”

彼得和马丁都指出，工作成功和菌根基因组学计划的成功归功于他们的团队，美国俄勒冈州立大学的DOE JGI，Joey Spatafora和CBS真菌生物多样性中心的Pedro Crous之间的“紧密合作”。荷兰乌得勒支)以及CNRS的Bernard Henrissat和Aix-Marseilles大学。

“在MGI和1000真菌基因组(KFG)项目中进行的基因组学和进化生物学的交叉，可以让我们了解菌根共生所固有的生物学原理，”马丁说。“通过将基因组序列与严格的生理学和生态学研究相结合，我们正在进入一个将土壤菌根群落的存在，组成和丰度与生态系统规模的重要土壤过程和森林生产力联系起来的时代。”

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