Nat. Commun. | 重磅！Francis Martin团队揭示菌根真菌共生特征趋同进化的分子机制！
菌根真菌是陆地植物进化、生物学和生理学研究的核心，因为它们通过促进获取稀缺和必要的养分（如磷和氮）来促进植物生长。它们也是碳固存的主要驱动力，并且它们对微生物和植物群落的组成有良好的影响（Science | 菌根真菌可以塑造生态系统对环境变化的反应！）。菌根共生的最普遍的类别是外生菌根、丛枝菌根、兰花菌根和欧石楠类菌根。每一类都是根据宿主植物和特征共生结构进行分类。虽然菌根真菌是高度多样化的，在它们的进化历史，类似的共生形态结构的独立进化，和生理性状在不同的真菌分类群提供了一个趋同演化惊人的例子（Nature Reviews Microbiology | 权威综述解读菌根共生中的独特和共同特征；ANNU REV ECOL EVOL S | 详细解读互惠共生关系依赖性的进化！）。虽然在菌根共生中独特的和共同的性状最近已被回顾，这些趋同表型的分子机制在很大程度上仍未确定。
近日，权威杂志Nature Communications发表了法国国家农业食品和环境研究所（INRAE）Francis M. Martin教授课题组的最新研究论文（近5年80篇高水平文章！Francis Martin院士团队在林木微生物互作领域取得重大进展！Our future begins now！走进法国国家农业食品与环境研究所(INRAE)），题为Large-scale genome sequencing of mycorrhizal fungi provides insights into the early evolution of symbiotic traits，本研究对多个菌根真菌基因组进行了综合分析并为菌根真菌共生性状的早期进化提供了更多的见解。
菌根真菌是共生菌，在陆地生态系统中对营养物质的获取起着至关重要的作用。菌根共生在粘菌纲、子囊菌纲和基底菌纲的多个系中反复产生。菌根真菌从土壤有机物中获取碳的能力存在相当大的差异。在此，本文对73个无性系、内生系和病原系菌种以及62个菌根系菌种的135个真菌基因组进行了综合分析，其中包括29个新的菌根系基因组。本研究对以前没有共生基因组的生态优势真菌菌团进行了采样，包括外生菌Russulales、Thelephorales和Cantharellales。分析表明，从无性繁殖到共生的转变涉及(1)作用于木质素和纤维素的降解酶的广泛损失，(2)无性繁殖祖先中存在的基因的共同选择，以完成新的共生功能，(3)新的、系别共生诱导基因的多样化，(4)可转位元素的增殖，以及(5)不同的基因创新，是外菌根行会趋同起源的基础。
先前对外生菌根，兰花和欧石楠类菌根，木材腐解和土壤分解菌的基因组进行了比较，从而阐明了Dikarya从腐生到共生的几种过渡机制。这些分析表明，多种外生菌根真菌已经丧失了大多数在腐生性祖先中存在的编码木质纤维素降解酶的基因，这解释了外生菌根真菌获取土壤有机质（SOM）和植物细胞壁中的碳的能力降低了，使得它们对宿主植物糖的依赖性增加。现存的外生菌根真菌中营养状态的多样性可能是由于它们的腐解能力多种多样的腐生祖先造成的。但是，外生菌根真菌利用其分泌的植物细胞壁降解酶（PCWDEs）和微生物细胞壁降解酶（MCWDE）降解或分解SOM的程度尚不清楚。
图2 每种生活方式的菌根基因组大小分布和覆盖率（％）
图4 担子菌和子囊菌中编码PCWDEs的基因家族的进化
图5 关键分泌PCWDE在分析真菌中的分布
图6 外生菌根真菌特异上调的基因
图7 外生菌根诱导基因的系统发育是保守的