2 ноября 2017

Ученые «заглянули» в геном самого большого организма на планете

Исследователи определили, какие генетические особенности позволили опенку достичь такой огромной массы, размера и возраста.



Самым крупным живым организмом на Земле является гриб. К этому выводу пришли исследователи в 1998 году, изучая древнейшую грибницу темного опенка (Armillaria ostoyae), которая занимает более 900 гектаров леса в заповеднике Малур (штат Орегон), а ее возраст оценивается в 2,4 тысячи лет. При этом масса грибницы Armillaria ostoyae достигает 600 тонн. Было установлено, что этот гигантский мицелий не представлен отдельными скоплениями клеток, а является целостным организмом.

Темный опенок также называют орегонским монстром за его способность паразитировать на деревьях (к его хозяевам относят более 500 видов голо- и покрытосемянных растений), вызывая корневую гниль последних. Armillaria достигает корневой системы хозяина при помощи ризоморфов – особых сплетений грибных нитей, внедряющихся в корни деревьев и транспортирующих из них воду и питательные вещества к плодовым телам. Ризоморфы могут легко распространяться от больных растений к здоровым, вызывая их массовую гибель. Поэтому лес, состоящий из деревьев, пораженных темным опенком, приобретает очень специфический вид.

Для того, чтобы разобраться, что обуславливает развитие такого огромного организма на генетическом уровне, Ласло Надь из Центра биологических исследований Венгерской академии наук в Сегеде (Венгрия) и коллеги провели секвенирование генома четырех видов Armillaria, а также секвенирование транскриптома и анализ белков, участвующих в инвазивной и репродуктивной стадиях развития гриба. Далее ученые сравнили геном выбранного вида - A. ostoyae с геномами 22 родственных видов грибов. Также исследователи определили уровни экспрессии генов в плодовых телах и ризоморфах A. ostoyae и провели анализ репертуара белков, позволяющих грибам эффективно убивать деревья и разлагать древесину.

В результате было обнаружено, что у темного опенка Armillaria размер генома существенно увеличен. Для сравнения, размер геномов разных видов Armillaria составил от 58 до 85 Мб (у A. ostoyae размер генома оказался 60,1 Мб), тогда как у других представителей семейства физалакриевых грибов геном составляет 30-35 Мб. «Увеличение» генома Armillaria, по мнению исследователей, обусловлено содержанием большого количества дупликаций и трипликаций участков ДНК, в которых локализованы гены, регулирующие работу ферментов, обладающих пептидазной активностью, участвующих в метаболизме полисахаидов, а также отвечающих за образование ризоморфов. Такое «избыточное» содержание вышеуказанных генов приводит к гиперпродукции ферментов, расщепляющих пектин, лигноцеллюлозу, осуществляющих гидролиз гликозидных и пептидных связей.

Кроме ферментов, обеспечивающих разложение древесины, в геноме грибов были обнаружены специфические гены, позволяющие вести грибам паразитический образ жизни. К ним относятся гены ферментов, разлагающих жасмонаты — особые сигнальные вещества, выделяемые растениями при инфекции, экспансинов, вызывающих размягчение плотной клеточной стенки, а также церато-платанинов – фитотоксинов, вызывающих клеточную смерть.

Транскриптомный анализ продуктов генов мицелия и ризоморфов гриба показал, что в растущих ризоморфах, по сравнению с обычной грибницей, изменена экспрессия полутора тысяч генов. При этом в ризоморфах преобладали экспансины и фитотоксины, тогда как в грибнице наиболее активно экспрессировались гены ферментов, утилизирующих древесину.

По мнению ученых, именно такое «умножение» нужных генов, а также «разделение» функций органов на генетическом уровне позволило темным опятам успешно существовать в виде единого организма размером с лес.

Человеку же, по мнению экологов, темные опята могут послужить хорошей моделью для создания биосистем для переработки древесины в биотопливо.

Оригинал статьи

Записаться на генетическую Школу