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執(zhí)子之手,與子偕老—探秘乳菇(奶漿菌)專性共生機制

文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫  |  發(fā)布時間:2022-04-14  |  作者:唐年武,于富強  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  菌根Mycorrhiza是由菌根真菌侵染絕大多數(shù)陸生植物根系而形成的一類互惠共生體,依據(jù)其解剖學(xué)特征可主要分為內(nèi)生菌根(主要是叢枝菌根Arbuscular Mycorrhiza, AM和外生菌根Ectomycorrhiza, EM兩大類型。其中,外生菌根作為森林生態(tài)系統(tǒng)中的主要菌根類型,對林木宿主的生態(tài)適應(yīng)和林地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要貢獻(xiàn)。AM真菌不同的是EM真菌為多重起源,在擔(dān)子菌門下多個EM真菌和腐生性真菌支系交叉分布。這一進(jìn)化特征暗示了處于不同支系的菌根真菌在與宿主植物互作時,在共生機制上可能存在著顯著差異。 

  乳菇Lactarius spp.因子實體受傷后分泌乳膠狀汁液而得名,在云南被百姓形象的稱為奶漿菌,分類學(xué)上隸屬傘菌綱Agaricomycetes紅菇目Russulales紅菇科Russulaceae為典型EM真菌,廣泛分布于溫帶及亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)。乳菇與紅菇Russula及另外兩屬Lactifluus/Multifurca一起構(gòu)成紅菇科下一個獨立的菌根真菌支系。有趣的是,這一支系不同亞類群之間存在著顯著生理生態(tài)學(xué)差異,其中共生宿主的專一性差異備受關(guān)注。已有文獻(xiàn)記錄絕大多數(shù)乳菇與松科植物共生,只有極少數(shù)與闊葉樹(如櫟)共生,而紅菇多數(shù)則具有較廣的宿主范圍。不僅如此,乳菇屬內(nèi)不同種、甚至不同菌株之間可能存在著嚴(yán)格的宿主專一性。這種鮮明的宿主選擇性為深入研究菌根共生宿主特異性的形成機制提供了理想的材料。 

  同時,乳菇屬包含了許多美味的野生食用菌,在我國各地被稱為“谷熟菌、紫花菌、寒菌、松樹菌”等,其中松乳菇L. deliciosus(俗稱谷熟菌)是國際上著名的野生食用菌(圖1),紅汁乳菇L. hatsutake(俗稱銅綠菌)在日本以及我國許多省份廣為食用,靚麗乳菇L. vividus在我國西南有著廣泛的分布。中國科學(xué)院昆明植物研究所科研人員也于近年來實現(xiàn)了以上3種乳菇的人工栽培(培育)出菇,進(jìn)一步深入的應(yīng)用基礎(chǔ)和底層技術(shù)研究急需開展。 

  2018年起,中國科學(xué)院昆明植物研究所開始法國國家農(nóng)業(yè)研究所、美國能源部聯(lián)合基因組研究所,對多個乳菇物種開展了全基因組測序分析,以期從基因組學(xué)層面探索宿主特異性的形成機制。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),乳菇類群具有顯著不同于其姐妹類群的特征,主要包括:(1)乳菇具有更大基因組更多基因,但其類群內(nèi)部卻呈現(xiàn)明顯的異質(zhì)性,不同物種之間基因組及基因含量存在近一倍的差異;(2)乳菇基因組中編碼分泌性蛋白酶的基因出現(xiàn)顯著擴張,其中Sedolisin家族的劇烈擴張從未植物互作真菌中發(fā)現(xiàn)(圖2;(3)盡管丟失了大量植物細(xì)胞壁多糖降解基因,但乳菇卻進(jìn)化出更多作用于真菌細(xì)胞壁(幾丁質(zhì))及細(xì)菌細(xì)胞壁(肽聚糖)的基因;(4)早先在乳牛肝Suillus spp.中發(fā)現(xiàn)的宿主專一性潛在相關(guān)基因在乳菇中并未出現(xiàn)明顯擴張和進(jìn)化加速,反而Sedolisin基因呈現(xiàn)顯著進(jìn)化加速特征。為進(jìn)一步探索基因表達(dá)對乳菇宿主專一性的調(diào)控作用,團隊還對這些乳菇的共生發(fā)育階段(菌根)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示分泌性蛋白酶基因(尤其是Sedolisin基因)在不同菌根共生體中均呈現(xiàn)大規(guī)模上調(diào)表達(dá)(圖3),再次表明了這些基因潛在的重要作用。不同菌根轉(zhuǎn)錄組之間的比較分析顯示乳菇中大量基因的特異調(diào)控模式可能是其宿主特異性的主要遺傳基礎(chǔ)。 

  以上組學(xué)研究認(rèn)知EM真菌共生進(jìn)化及宿主特異形成機制提供了新見解揭示了乳菇與宿主執(zhí)子之手,與子偕老專性共生與協(xié)同演化機制;同時也為許多名貴野生食用菌的菌根合成和人工栽培(培育)研究提供了參考。 

  研究結(jié)果發(fā)表在國際植物學(xué)期刊Frontiers in Plant Science2021)和New Phytologist2022上,唐年武Annie Lebreton為論文共同第一作者,于富強、Francis Martin為共同通訊作者。 

  研究得到國家重大研發(fā)計劃項目(No. 2017YFC0505206)、云南省高端外國專家項目、云南省博士后定向資助項目、國家留學(xué)基金委公派訪學(xué)項目等項目的支持。 

  文章鏈接1 

  文章鏈接2

1. 云南市場上銷售的松乳菇(谷熟菌) 

  

2. Sedolisin家族基因在乳菇基因組中劇烈擴張 

  

3. 分泌性蛋白酶基因在乳菇菌根發(fā)育過程中大規(guī)模上調(diào)表達(dá) 

(責(zé)任編輯:李雪)

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