共生是松露多样性的驱动力

然在意大利面上涂抹黑色或白色松露的视线通常被认为是餐饮铺张的一个标志，但它们在土壤生态系统服务中发挥着重要作用。松露是驻留在寄主植物根部的外生菌根(ECM)真菌共生体的子实体。在许多子囊菌和担子菌亚门系中，松露形成物种几乎在每个主要群体中独立进化。这表明共生驱动松露多样性的进化并选择特定的性状。

弗朗西斯·马丁及其同事在法国国家农业研究所(INRA)，Genoscope和都灵大学领导的团队，包括美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)，美国能源部办公室的研究人员科学用户设施，寻求洞察松露形成物种的ECM生活方式。据Nature Ecology&Evolution报道，该团队对八种Pezizomycete真菌进行了对比分析，其中包括四种被称为美味佳肴的物种。

ECM共生研究的十年

连接ECM真菌及其宿主植物根源的地下网络塑造了这些生态系统，影响了植物的健康和对干旱或疾病等压力因素的耐受性，以及全球碳循环。研究表明，外生菌根真菌可以通过限制氮来减缓土壤碳循环。真菌从土壤中吸收矿物质营养，并将它们交换为植物通过光合作用产生的糖。

通过JGI的社区科学计划，JGI de novo对两种松露形成真菌的基因组进行了测序：猪松露(Choiromyces venosus)和沙漠松露(Terfezia boudieri)以及另外两种不形成松露的Pezizomycetes：Ascobolus immersus和羊肚菌。这四个基因组以及皮埃蒙特白松露(Tuber magnatum)的基因组都是通过JGI的管道注释的。勃艮第松露(基因组普通小麦)通过Genoscope测序。

这项工作建立在早期真菌共生研究的基础上，该研究涉及第一个ECM真菌基因组(Laccaria bicolor，十年前由JGI测序)，以及Genoscope测序的第一个松露基因组(T. melanosporum)，这是该分析的一部分。“我们从Laccaria bicolor和Tuber melanosporum基因组中学到了很多东西ECM协同作用是由植物细胞壁降解(CAZymes)中基因的大量丢失和通信蛋白的重新创新而演变而来的，例如菌根诱导的小分泌蛋白控制宿主植物免疫，“研究资深作者和长期研究JGI合作者Martin。在2015年与JGI的一项研究中，Martin及其同事随后表明，ECM物种是从以腐烂的有机物为食的腐生菌进化而来的，这些进化模式存在于许多担子菌群中。

“在这里，”马丁补充说，“我们发现木质纤维素/植物细胞壁降解(CAZymes)中基因的丢失以及共生相关孤儿基因的更高进化速率已经形成了最早的/最古老的松茸基因组之一外生菌根真菌的基础进化枝。这意味着类似的进化机制独立驱动子囊菌和担子菌的共生。我们还发现在白色(T. magnatum)和黑色(T. melanosporum)的外生菌根和子实体中表达的发育和代谢途径。松露出乎意料地非常相似，因为它们在1亿年前分歧了。“

嗅到下一步

检测和传播这些地下美食取决于受过训练的动物嗅到松露的独特气味。马丁和他的团队建议，产生这些气味的挥发性有机化合物也可能被微生物群落变成松露。

“除了对其真菌与植物宿主相互作用至关重要的小分泌蛋白质外，这些由次级代谢物基因簇组成的松露基因组中的小分子为真菌和环境之间提供了另一种通讯渠道，”JGI真菌项目Igor Grigoriev补充道。得出结论：“因此，测序的基因组为探索多维真菌植物相互作用打开了大门”