Hvid rådsvampes størrelse forklares ved bredden af ​​involverede genfamilier

Blandt udfordrerne til verdens største levende organisme er noget, der normalt betragtes som meget mindre end en blåhval, eller en tårnhøj sequoia. Denne særlige organisme er så stor, man har brug for et luftkort for at forstå dets størrelse, og selv da er det ikke helt synligt, da det meste af det er under jorden. Det er et eksemplar af svampen Armillaria ostoyae, først opdaget for to årtier siden, selvom det på det tidspunkt antages at være et par årtusinder gammel, og så stor, at den er spredt over næsten fire kvadratkilometer - et rum svarende til en sjettedel af Manhattan, eller næsten 8, 300 swimmingpools i olympisk størrelse - og vejer hele tre blåhvaler tilsammen.

Ren størrelse til side, Armillaria svampe dominerer i en helt anden kategori:de er blandt de mest ødelæggende svampepatogener, forårsager rodrådssygdom i mere end 500 plantearter fundet i skove, parker og vinmarker. Som hvide rådsvampe, de er i stand til at nedbryde alle komponenter i plantecellevægge - cellulose, hemicellulose og lignin - en evne, der interesserer bioenergiforskere, der leder efter metoder til omkostningseffektivt at omdanne plantebiomasse til alternative brændstoffer. Rapporteret i den 30. oktober, 2017 udgave af Natur Økologi &Evolution , et internationalt hold ledet af László G. Nagy fra det biologiske forskningscenter ved det ungarske videnskabsakademi og inklusive forskere ved det amerikanske energiministerium Joint Genome Institute (DOE JGI), en DOE Office of Science brugerfacilitet, sekventeret og analyseret fire Armillaria svampe, herunder A. ostoyae, og sammenlignede derefter disse genomer med dem af beslægtede svampe for bedre at forstå udviklingen af Armillaria evner til at sprede og inficere, og effektivt nedbryde alle komponenter i plantecellevægge.

" Armillaria arter er nogle af de mest ødelæggende skovpatogener, ansvarlig for skovtilbagegang i mange tempererede områder. Der er således en betydelig interesse i at udvikle strategier mod Armillaria spp, mod hvilken forståelse af, hvordan de fungerer i naturen, kan være det første skridt, " sagde undersøgelse senior forfatter Nagy. "Vi er interesserede i hvordan Armillaria bruge plantecellevægsnedbrydende enzymer (PCWDE'er), når de konfronteres med potentielle værtsplanter."

Ifølge undersøgelsens medforfatter James Anderson fra University of Toronto, Armillaria arter er ekstremt almindelige i nordlige tempererede skove og har næsten identisk frugtlegeme-morfologi, men forskellige livsstile. For eksempel, A. gallica er primært en nedbryder af hårdttræ og er ikke et patogen af ​​nåletræer. I modsætning, A. ostoyae kan være et meget aggressivt rod-råd patogen af ​​graner, fyrretræer, og andre nåletræer, forårsager op til 100 procent dødelighed af nåletræsfrøplanter.

"Begge disse svampe har en stor effekt på sammensætningen af ​​skovtræarter og på kulstofkredsløbet, " sagde Igor Grigoriev, DOE JGI Svampeprogramleder og medforfatter på undersøgelsen. "Begge kan hjælpe os med bedre at forstå mekanismerne for nedbrydning af lignocellulose. Desuden, disse var blandt de første repræsentanter for Physalacriaceae-familien og sekventeret som en del af DOE JGI's 1000 Fungal Genomes-initiativ for at producere referencegenomer fra hver af mere end 500 anerkendte svampefamilier for at udfylde huller i livets svampetræ."

Bortset fra A. ostoyae, holdet sekventerede og analyserede også genomerne af A. cepitipes, A. gallica og A. solidipes . Disse genomer blev derefter sammenlignet med 22 svampegenomer, mange tidligere sekventeret og kommenteret af DOE JGI. De katalogiserede 20 genfamilier relateret til patogenicitet i svampene, og identificerede berigede PCWDE-familier, jo bedre effektivt at nedbryde og få adgang til næringsstoffer i dødt ved. For at hjælpe med at forklare de usædvanligt store svampegenomer i Armillaria slægt, de fandt også duplikerede gener, foreslår Armillaria udviklet sig primært gennem genfamilieudvidelse og ikke transponerbare elementer eller "springende gener". Det Armillaria svampegenomer er alle tilgængelige på DOE JGI svampegenomikportalen MycoCosm sammen med svampegenomsekvenserne, der bruges til sammenligning.

Nagy påpegede også, at forskningen også kaster lys over et af de mangeårige spørgsmål inden for biologi:udviklingen af ​​multicellularitet. "Vores sammenlignende genomik og RNA-Seq-data tyder på, at udviklingen af ​​rhizomorfer - skostringslignende strukturer, der spredes gennem substratet i søgen efter nye fødekilder og kan krydse flere fod under jorden - har meget til fælles med frugtlegemer - både være komplekse flercellede strukturer, " han sagde.

Ligesom velorganiserede teams kan udrette mere end selv talentfulde individer, Udviklingen af ​​multicellularitet er af stor interesse, fordi flercellede organismer kan udføre funktioner uden for enkeltcellers rækkevidde. Ud over, A. ostoyaes samling af plantebiomassenedbrydende enzymer kunne give kandidater til brug med bioenergiråvarer til at generere biobrændstoffer og bioprodukter, som ville være vanskelige at generere økonomisk ved hjælp af mere konventionelle tilgange.