真菌可以感知環(huán)境信號(hào)并相應(yīng)地做出反應(yīng)，改變它們的發(fā)育，生長(zhǎng)方向和新陳代謝。感官知覺是適應(yīng)不斷變化的條件的核心，有助于真菌改善生長(zhǎng)和回收有機(jī)廢物，并知道何時(shí)以及如何感染植物或動(dòng)物宿主?；趯?duì)兩種基因組序列進(jìn)行特征分析然后進(jìn)行比較分析的新結(jié)果發(fā)表于2016年5月26日的“ 當(dāng)代生物學(xué) ”雜志，揭示了真菌感官知覺的演變。

在這項(xiàng)研究中，研究人員對(duì)Mucoromycotina基因組進(jìn)行了測(cè)序和注釋，特別是Phycomyces blakesleeanus及其相對(duì)的Mucor circinelloides。這項(xiàng)工作由美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，該研究所是DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室。與來自13個(gè)國(guó)家的31個(gè)研究中心和大學(xué)的科學(xué)家合作，并由西班牙塞維利亞大學(xué)的科學(xué)家協(xié)調(diào)。捕獲真菌的基因組變異使研究人員能夠?yàn)閷⑵浠蚪M潛力轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。例如，了解感知這些環(huán)境線索的機(jī)制可以提供關(guān)于一些真菌如何改變其生長(zhǎng)模式以充當(dāng)病原體而不是良性生物的見解。

了解真菌代謝

“對(duì)基因真菌如Mucoromycotina知之甚少，基因組學(xué)可能是了解其新陳代謝的最有效方法，”該項(xiàng)目的DOE JGI真菌基因組計(jì)劃負(fù)責(zé)人Igor Grigoriev表示，該計(jì)劃是2006年社區(qū)科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目的一部分。。“這種門的許多成員對(duì)環(huán)境信號(hào)表現(xiàn)出非常高的敏感性，當(dāng)被理解時(shí)，它們可用于對(duì)這些代謝過程中的一些進(jìn)行自然控制。例如，在毛霉(Mucor circinelloides)中積累脂質(zhì)的高容量 可能具有生物燃料應(yīng)用。“

研究小組發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)物種都經(jīng)歷過全基因組重復(fù)，這在真菌中很少見。基因組重復(fù)導(dǎo)致基因家族的擴(kuò)展和專門基因的發(fā)展，提供新的蛋白質(zhì)，使這些真菌能夠改善他們從環(huán)境中感知信號(hào)的方式，以調(diào)節(jié)其生長(zhǎng)和發(fā)育。

感官知覺的演變

一個(gè)多世紀(jì)以來，生物學(xué)家對(duì)P. blakesleeanus的孢子囊細(xì)胞的精細(xì)調(diào)節(jié)感覺反應(yīng)非常著迷。孢子囊是一個(gè)長(zhǎng)而快速生長(zhǎng)的巨細(xì)胞，具有許多核，可響應(yīng)光，重力，觸覺，甚至僅僅是附近物體的存在。這些“孢子攜帶者”是特殊的氣生菌絲，它在空氣中生長(zhǎng)幾厘米并分散在其尖端形成的孢子。P blakesleeanus近似于人眼對(duì)夜間恒星昏暗光線的敏感度，以及在明亮的陽光下中午的光澤。

“ Phycomyces blakesleeanus最為人所知，因?yàn)樗怯芍Z貝爾獎(jiǎng)獲得者M(jìn)axDelbrück研究的，他認(rèn)識(shí)到它作為感官知覺研究模型生物的潛力，”塞維利亞大學(xué)研究員Luis Corrochano說，該研究的第一作者和該項(xiàng)目的協(xié)調(diào)人。“Delbrück被來自P. blakesleeanus的子實(shí)體的優(yōu)雅簡(jiǎn)潔所吸引，它可以通過改變生長(zhǎng)方向?qū)碜原h(huán)境的光和其他信號(hào)做出反應(yīng)，包括重力，風(fēng)和相鄰物體。”研究人員恰當(dāng)?shù)卣f。這項(xiàng)研究致力于德爾布呂克的記憶。

毛霉(Mucor circinelloides)是一種相關(guān)的真菌，具有相似的環(huán)境反應(yīng)，有時(shí)也可作為人類病原體。Phycomyces和 Mucor的基因組序列提供證據(jù)表明，古老的基因組重復(fù)產(chǎn)生了新的基因，以擴(kuò)展信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，并改善感知這組真菌中的光和其他信號(hào)的機(jī)制。例如，研究小組發(fā)現(xiàn)，光照對(duì)不同真菌組織的基因調(diào)控產(chǎn)生了巨大的變化，并假設(shè)對(duì)光的精細(xì)反應(yīng)是基因重復(fù)和全基因組復(fù)制后的專業(yè)化的結(jié)果。這些結(jié)果促進(jìn)了解基因組動(dòng)力學(xué)在感覺知覺進(jìn)化中的作用，反過來，這可以提供導(dǎo)致基因和途徑的途徑，用于理解真菌適應(yīng)和加速生物質(zhì)的生物能分解。