追溯真菌共生的根源

向诗人约翰·多恩道歉，并根据美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)，美国能源部科学办公室用户设施的最新工作，可以说没有一个植物是一个岛屿，整个本身。在人眼看不到的情况下，植物与周围环境中的许多真菌和其他微生物相互作用，这些交换可以影响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。

菌根真菌生活在寄主植物的根部，在那里它们通过光合作用来交换植物产生的糖，从而获得真菌从土壤中吸收的矿质营养素。它们包括一些最引人注目的森林蘑菇，包括标志性的，火红的“飞木耳”，鹅膏毒蕈，以及生物能源研究人员感兴趣，因为它们在维持候选原料作物树木的健康方面发挥作用。最近的研究表明，菌根真菌也起到地下碳封存一个显著的作用，它可以减轻人为二氧化碳的影响2排放量。

为了解真菌与植物共生关系的基础，由Igor Grigoriev领导的DOE JGI研究小组和法国国家农业研究所(INRA)和克拉克大学的长期合作者对菌根真菌进行了第一次广泛的比较系统发育分析，利用49个真菌基因组，对其中18个进行了本研究的测序。18个新的真菌序列包括13个菌根基因组，来自外生菌根真菌，渗透宿主根，包括与兰花和石楠(包括蓝莓，石南花和石楠)植物根相结合的物种。2015年2月23日在 Nature Genetics上发布，这些研究人员描述了这些基因组的比较分析如何让他们跟踪菌根真菌的进化。这些结果有助于研究人员了解植物和真菌如何形成共生关系，以及共生关系如何为寄主植物提供环境适应的有益特性。

从先前测序的菌根真菌开始

“菌根共生是非常复杂的，但对49个基因组的分析表明它们在许多真菌谱系中独立进化，”该研究的资深作者之一INRA的Francis Martin说。为了理解菌根生活方式重复起源的遗传变化，研究人员专注于从与植物细胞壁降解相关的16个基因家族中降解植物细胞壁的酶。他们从第一个测序的外生菌根真菌Laccaria bicolor和第一个测序的丛枝菌根真菌Rhizophagus irregularis中获得了线索。- 在DOE JGI完成的所有工作 - 阐明了这些酶的起源和演变，应用于改善生物燃料生产的生物质分解的知识。

通过分子时钟分析，将基因组规模的分子数据与化石校准相结合，该团队可以向后工作，以估计基于分歧量的saprotrophic和共生谱系何时共享共同的祖先。

对真菌基因组和化石的分析表明，与3亿年前进化的褐腐真菌和白腐真菌相比，外生菌根真菌最近出现在几个物种中，然后在不到2亿年前分布于谱系中。研究小组还发现，高达40%的共生诱导基因仅限于一种菌根。

真菌演变为打破植物细胞壁

该研究的另一位资深作者克拉克大学的David Hibbett将这项工作与之前与科学中详述的DOE JGI合作进行了比较，以追踪白腐真菌的演变，这些真菌能够分解植物中的纤维素，半纤维素和木质素。在数亿年前出现白腐真菌之前，真菌不能分解木质素，而未衰变的植物质量成为大型煤矿的基础。

“这些研究共同讲述了蘑菇形成真菌是如何进化出一种复杂的机制，使”白腐病“中的植物细胞壁分解，然后在菌根关联的演变过程中将其抛弃，以及'棕色的替代衰变机制腐烂，“”希巴特说。“这个故事的另一个主要部分是，在菌根谱系中，共生中上调的基因存在巨大的转换 - 其中许多在甚至密切相关的物种中没有同源物，这表明共生的进化与大规模有关。遗传创新。“

马丁插话说：“这些基因中的许多很可能用于控制真菌对根组织大规模定植期间的植物免疫力。”

DOE JGI的Igor Grigoriev也指出，“这是对菌根基因组学进行的第一次大规模研究，也是利用基因组学工具进行更广泛和更深入探索菌根多样性，与宿主计划的相互作用以及森林生态系统中的作用的第一步。 JGI真菌基因组计划的重点领域。“

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