New Phytologist | 加州大学河滨分校研究揭示宿主特异外生菌根真菌的动态基因组进化！

真菌在生态系统中作为植物和动物的病原菌，腐生菌和共生菌发挥着关键和多样的作用（Science | 菌根真菌可以塑造生态系统对环境变化的反应！Science | Leho Tedersoo教授深度解读菌根共生如何驱动植物群落生态！PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！）。随着真菌可用基因组序列的迅速增加，人们越来越感兴趣地将真菌生态生活方式与基因组含量联系起来（Molecular Biology and Evolution | 研究揭示植物生物质降解真菌的生活方式演变！）。外生菌根（ECM）真菌与多种木本植物形成互惠共生关系，约占地球森林生态系统中所有树木的60％。比较基因组分析揭示了对ECM真菌生活方式的多种见解，包括植物细胞壁降解酶的丧失，大概是由于从自由生活到植物相关共生的一种适应，同样包括与有机物降解有关的丰富的谱系特异性基因（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！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！New Phytologist | Francis Martin团队提出菌根真菌共生互作及其生活方式的新见解! Francis Martin院士点评：专注菌根共生数十年，从蘑菇采摘到基因组处理）。尽管表征ECM真菌的“共生工具包”已经取得了重大进展，但对宿主特异性如何被编码到ECM真菌基因组中仍知之甚少。

近日，国际权威植物学期刊New Phytologist发表了美国加州大学河滨分校Jason Stajich和明尼苏达大学Peter G. Kennedy以及劳伦斯伯克利国家实验室Igor V. Grigoriev团队的最新相关研究成果，题为Comparative genomics reveals dynamic genome evolution in host specialist ectomycorrhizal fungi的研究论文。

这篇论文中，科研人员对ECM真菌的宿主特异性和通用性进行了比较基因组分析，重点研究了特异性的乳牛肝菌属（Suillus）。对46个物种的基因组动态进行了全局分析评估，同时针对先前被鉴定为宿主特异性重要决定因素的三类分子进行了靶向分析：小分泌蛋白（SSPs），次生代谢物（SMs）和G蛋白偶联受体（GPCRs） 。

相对于其他ECM真菌，包括其他宿主特异性的，Suillus具有高度动态的基因组，其中包括许多快速进化的基因家族以及许多域的扩展和收缩。靶向分析支持SMs而不是SSPs或GPCRs在Suillus宿主特异性中的作用。基于系统发育组学的祖先状态重建确定了Larix作为Suillus的祖先宿主，在白松和赤松宿主之间具有多个独立的转换。

这些结果表明，与ECM生活方式的其他决定性特征一样，宿主特异性在基因组水平上是一个动态过程。在Suillus的情况下，SMs和参与活性氧自由基失活的途径似乎都与增强的宿主特异性密切相关。

图1：基因家族的扩张和收缩

图2：Suillus和其他ECM真菌的氧化还原相关InterPro域计数

图3：Suillus和其他ECM真菌的小分子分泌蛋白分布

图4：Suillus和其他ECM真菌的次生代谢物簇鉴定和分布

图5：直系同源次生代谢物簇的分布与红松、白松和落叶松宿主共生的Suillus物种之间存在显着差异

图6：Suillus和其他ECM真菌的G蛋白偶联受体（GPCR）分布

图7：ECM真菌Suillus属内的宿主祖先状态的系统发育重建和转换

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