ISME | 袁志林/Francis Martin团队揭示黑色素在根部内生真菌适应极端环境中的作用机制！

生物如何更好地适应极端环境的过程以及自然选择如何塑造生物的表型和基因型以应对这些强烈的选择压力是进化生物学的核心（Nature | 揭示微生物已经适应了在地球最极端的环境生存）。长期以来，以黑色素为基础的色素被用作了解所有生命形式的极端栖息地的适应性进化的特征。像其他生物一样，已知真菌能适应许多胁迫环境。生存机制往往涉及较高的黑色素生物合成，导致细胞壁硬度增加，对许多类型的环境胁迫的抵抗，包括植物防御系统的失活。基于基因组的方法已经被用来研究暗色真菌的进化和适应，主要是植物和人类病原体的模型物种，以及土壤真菌。截至目前，我们对黑色素在植物相关互生真菌适应极端环境中的作用的分子机制了解还很缺乏。

2021年6月9日，国际权威学术期刊The ISME Journal发表了中国林业科学研究院袁志林和北京林业大学Francis Martin（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）领导的团队合作的最新相关研究成果，题为Divergence of a genomic island leads to the evolution of melanization in a halophyte root fungus的研究论文。

暗色有隔内生菌（DSEs）构成了根部真菌菌群的一个重要组成部分，它们通常能够减轻宿主的非生物胁迫。在这篇文章中，科研人员利用群体基因组学研究了DSE金链根际盐生霉（Laburnicola rhizohalophila）与其宿主盐生植物盐地碱蓬（Suaeda salsa）之间有益共生的分子机制。基于全基因组的Fst（成对固定指数）和Vst分析，分别比较了单核苷酸多态性（SNPs）和拷贝数变异（CNVs）的等位基因频率差异，科研人员发现两个种群之间存在高度的遗传差异。拷贝数变异模式显示了特定种群的扩张和收缩。有趣的是，科研人员发现了一个大约20kbp的高分化的基因组岛，具有强烈的正向选择迹象。该区域包含一个黑色素生物合成聚酮体合成酶基因簇，与另外六个可能参与黑色素的生物合成、膜运输、调节和定位的基因相联系。在2%氯化钠胁迫下生长的两个种群之间的生长产量和黑色素生物合成的差异表明，这个基因组岛有助于观察到的黑色素积累的差异。科研人员的研究结果对L. rhizohalophila-S. salsa共生体适应盐水条件的遗传和进化机制提供了更好的见解。

图1：金链根际盐生霉种群的遗传结构

图2：金链根际盐生霉群体中的重组模式分析

图3：29个金链根际盐生霉个体的全基因组拷贝数变化情况。图中概述了包括盐度反应基因和黑色素生物合成基因的基因组，其拷贝数在金链根际盐生霉组间有很大的差异

图4：金链根际盐生霉种群的遗传分化和正向选择信号的检测

图5：第1组和第2组的代表性菌株的黑色素合成和菌丝生长。为了测量菌落直径和生物量，使用了2%和6%的NaCl水平

图6：显示正向选择对金链根际盐生霉的黑色素生物合成基因组的潜在影响示意图。PKS2催化了黑色素生物合成的第一步

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