真菌如何幫助樹木容忍干旱

樹根和外生菌根(ECM)真菌之間的共生關系自成立以來一直在塑造森林生態(tài)系統(tǒng)。ECM真菌是支持全球林木的生長，健康和抗逆性的關鍵參與者，如橡樹，松樹，云杉，樺樹和山毛櫸，并有助于提高生物能源原料樹的生產(chǎn)力，包括楊樹和柳樹。最常見的ECM真菌是Cenococcum geophilum，存在于亞熱帶至北極地區(qū)，特別是在極端環(huán)境中。它也是Dothideomycetes中唯一的菌根真菌，是由大約19,000種真菌物種組成的大型真菌，其中許多是植物病原體。

了解更多關于外生菌根特征在Cenococcum geophilum中占主導地位的問題，該研究小組由法國國家農(nóng)業(yè)研究所(INRA)和瑞士聯(lián)邦森林，雪地和景觀研究所WSL的研究人員領導，其中包括美國研究人員美國能源部科學用戶設施能源聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)將其基因組與近親Lepidopterella palustris和Glonium stellatum的基因組進行了比較，兩者都不是ECM真菌。該研究于 2016年9月7日在Nature Communications上發(fā)表。他們在C. geophilum中發(fā)現(xiàn)了特定的適應性轉(zhuǎn)錄組 - 它的信使RNA分子集反映了真菌的實際生化活性 - 這可以幫助它們的宿主更能抵抗干旱脅迫，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于在氣候變化中開發(fā)更多的生物能源植物原料。

作為通過由INRA的研究資深作者Francis Martin領導的菌根基因組學倡議(MGI)進行的比較基因組分析的一部分，DOE JGI對C. geophilum及其近親Lepidopterella palustris進行了測序，并對這兩個基因組和另一個近親進行了注釋。，Glonium stellatum。“我們展示了C的基因組。geophilum在最大的真菌類Dothideomycetes中，唯一已知的菌根共生體，與先前測序的外生菌根擔子菌一樣，獲得了與菌根生活方式相同的基因組適應性，“Martin說。“這些包括顯著減少的植物細胞壁降解酶(PCWDEs)數(shù)量和大量共生誘導的譜系特異性基因，包括十二種菌根誘導的小分泌效應蛋白樣蛋白(MiSSPs)。”與自由生活不同腐生菌，真菌通過分解森林土壤中的有機物而獲得營養(yǎng)，因此需要PCWDEs，Cenoccocum已經(jīng)開始嚴重依賴其宿主的碳營養(yǎng)。

發(fā)現(xiàn)干旱適應的關鍵基因

注意到樹根尖用C定殖。geophilum對干燥具有很強的抵抗力，該團隊的一項重要發(fā)現(xiàn)是三種最高度誘導的C中的兩種。水通道共生密碼中的geophilum基因。“這些水通道基因的調(diào)控在干旱條件下進行了微調(diào)，因此它們可能在寄主植物的干旱適應中發(fā)揮關鍵作用，”瑞士聯(lián)邦研究所WSL的第一作者Martina Peter說。

“ C. geophilum種群基因組學應該闡明宿主和環(huán)境適應的機制，”該團隊在他們的論文中寫道。“它應該有助于鑒定干旱適應的C. geophilum菌株，這些菌株可用于有效地支持受到世界許多地區(qū)干旱期預測增加威脅的寄主樹木。”

彼得和馬丁都指出，工作成功和菌根基因組學計劃的成功歸功于他們的團隊，美國俄勒岡州立大學的DOE JGI，Joey Spatafora和CBS真菌生物多樣性中心的Pedro Crous之間的“緊密合作”。荷蘭烏得勒支)以及CNRS的Bernard Henrissat和Aix-Marseilles大學。

“在MGI和1000真菌基因組(KFG)項目中進行的基因組學和進化生物學的交叉，可以讓我們了解菌根共生所固有的生物學原理，”馬丁說。“通過將基因組序列與嚴格的生理學和生態(tài)學研究相結(jié)合，我們正在進入一個將土壤菌根群落的存在，組成和豐度與生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模的重要土壤過程和森林生產(chǎn)力聯(lián)系起來的時代。”

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