Причиной успешного паразитизма «чудовищного гриба» оказалось разделение труда
Секретом успеха опят — грибов, которые паразитируют на погибших и живых деревьях, и чья масса в некоторых случаях может достигать сотен тонн, оказалось «разделение труда» между грибницей и особыми структурами — ризоморфами. К такому выводу пришла группа ученых, которые секвенировали геном четырех видов опят и опубликовали результаты исследования в журнале Nature Ecology&Evolution.
Опята (грибы рода Armillaria) поселяются не только на погибших стволах, но повреждают и корни здоровых деревьев. Эти грибы очень эффективно разлагают все ткани растений, включая целлюлозу и лигнин. Размножаются опята спорами, которые формируются на плодовых телах, а также вегетативно при помощи мицелия (грибницы) и ризоморф — особых «трехмерных» мицелиальных нитей, которые растут со скоростью до метра в год и тоже формируют подземные сети.
Грибница опят разрастается так эффективно, что опенок признан одним из самых больших живых организмов на Земле. К примеру, грибница опенка темного (Armillaria ostoyae) в одном из лесов штата Орегон (США) занимает площадь почти девять квадратных километров, ее масса оценивается в сотни тонн, а возраст насчитывает две с половиной тысячи лет. Благодаря этому данный экземпляр получил название «чудовищный гриб» («humongous fungus»).
Группа ученых из Венгрии, Швейцарии, США и Канады определила последовательность ДНК четырех видов опят — Armillaria ostoyae, A. cepistipes, A. gallica и A. solidipes. Кроме этого ученые сравнили экспрессию генов в плодовых телах и ризоморфах и исследовали репертуар белков, позволяющих грибам эффективно убивать деревья и разлагать древесину.
Предположительно, Armillaria отделились в отдельную группу 21 миллион лет назад, одновременно с похолоданием и распространением лиственных лесов в эоцене. Паразитический образ жизни сопровождался расширением генома: анализ ДНК показал, что по сравнению с ближайшими родственниками из того же семейства, геном опят содержит в полтора-два раза больше генов. Среди «дополнительных» генов, которые появились путем удвоения копий, к примеру, гены метаболизма полисахаридов и расщепления белков.
Кроме ферментов, необходимых для питания древесиной, в геноме грибов ожидаемо оказалось закодировано множество приспособлений к паразитизму. Среди них ферменты, разлагающие жасмонаты — сигнальные вещества, выделяемые растениями при инфекции, белки из семейства экспансинов, вызывающие «размягчение» клеточной стенки растений, а также особые фитотоксины (церато-платанины), вызывающие клеточную смерть.
Помимо паразитизма, исследователей интересовали молекулярные отличия между обычной грибницей, ризоморфами и плодовыми телами. Анализ экспрессии генов показал, что по сравнению с обычной грибницей, в растущих ризоморфах изменена экспрессия полутора тысяч генов. Самый широкий спектр ферментов, утилизирующих древесину, был обнаружен в грибнице, в то время как в ризоморфах преобладали фитотоксины и экспансины.
По-видимому, главной функцией ризоморф является заражение, в то время как питанием занимается обычная грибница. По молекулярным характеристикам ризоморфы и плодовые тела оказались похожи, что заставило исследователей предположить, что ризоморфы являются вторичным приобретением, производным от плодовых тел, и развились у опят как приспособление к эффективному паразитизму.
Ранее мы рассказывали, что распространяться паразитическим древесным грибам помогают дятлы.
Дарья Спасская
Проект получил название Unknome
Британские исследователи представили пополняемую и редактируемую пользователями базу данных белков, в которой они ранжируются по степени того, насколько мало о них известно. Проект призван обратить внимание на подобные белки и ускорить процесс их изучения. Публикация об этом появилась в журнале PLoS Biology. Как известно со времени прочтения человеческого генома, в нем закодировано примерно 20 тысяч белков. Применение протеомного и транскриптомного подхода в прошедшие после этого два десятилетия подтвердило, что большинство из них экспрессируются, и позволило выяснить назначение многих из них. Тем не менее, многие белки до сих пор остаются не охарактеризованными несмотря на то, что значительная их часть эволюционно консервативна и может выполнять критически важные функции. Во многом это связано с тем, что исследователи склонны фокусироваться на уже изученных белках, поскольку такие работы дают более предсказуемый результат. Чтобы систематизировать подход к идентификации и характеризации неизвестных белков, сотрудники Лаборатории молекулярной биологии британского Совета по медицинским исследованиям, Кембриджского и Оксфордского университетов под руководством Мэтью Фримена (Matthew Freeman) и Шона Манро (Sean Munro) создали и выложили в открытый доступ базу данных Unknome (буквально «незном», сокращенное от unknown genome — «неизвестный геном»). Она содержит ортологичные по базе PANTHER и собранные в кластеры последовательности белков человека и популярных модельных животных (таких, например, как кишечная палочка, дрозофила и мышь), взятые из базы UniProt. Им присваивается численная оценка «известности» (knownness) на основании аннотаций в проекте Gene Ontology (GO). Пользователи могут присваивать им свою оценку, исходя из имеющейся информации. Авторы работы оценили пригодность Unknome как основания для экспериментальной работы, выбрав с его помощью набор из 260 белков дрозофилы с неизвестными функциями (показатель известности 1,0 и менее), сохранившихся у людей. Нокдаун некоторых из этих генов с помощью РНК-интерференции приводил к утрате жизнеспособности. Функциональный скрининг остальных указал на участие некоторых в фертильности, развитии организма, передвижении, контроле качества синтезированных белков и устойчивости к стрессу. Выборочное выключение генов с использованием CRISPR/Cas9 определило два гена, отвечающих за мужскую фертильность, и компонент сигнального пути Notch, принимающего участив нейрогенезе, онкогенезе и связанного с различными неврологическими заболеваниями и пороками развития. Исследователи заключают, что тщательная оценка недостаточности знаний о функции гена и кодируемого им белка предоставляет ценный ресурс для поиска направлений биологических исследований и, возможно, стратегий их эффективного финансирования. Иногда на точность генетических баз данных могут влиять весьма неожиданные факторы. В материале «Наследили тут» можно почитать о том, как данные в одной из таких баз оказались испорчены неизвестными паразитами.