扩大真菌多样性一次一个细胞

它们可以在森林地面，沼泽地和房屋中找到，大小从智能手机键盘上的小到大小的几个街区。估计有超过一百万种真菌存在于这个星球上，但大多数这种多样性仍然未知，因为真菌已经避免了检测并且没有在实验室中进行培养。

由美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)的研究人员领导的研究小组开发了一条管道，用于从单个细胞生成基因组。未开垦的真菌。该方法在几种未培养的真菌物种上进行了测试，这些真菌物种代表早期发散真菌，这是真菌谱系中最早的进化分支，提供了重要和有价值的基因产物库。

“大多数系统发育多样性代表早期发散的真菌，”密歇根大学的JGI合作者和研究共同资深作者蒂姆詹姆斯说。“我们从环境DNA调查中了解到它们在许多栖息地都很常见，但它们可能是微观的，所以你真的需要寻找它们。我们不知道它们是什么样的，我们知道我们不能培养它们，因为你们所培养的东西并不代表你们在环境DNA中看到的东西。我们希望能够查看给定的样本并确定细胞的样子，但我们也想查看有机体的基因组并推断出它们的样子。这就是单细胞基因组学的用武之地。“

一种探索未知多样性的技术

通过JGI的1000个真菌基因组等项目，研究人员旨在通过各种谱系的代表性基因组序列扩展已知的真菌多样性部分。即使有这样的努力，大多数可用的基因组仅属于两个主要谱系，子囊菌纲和担子菌纲。靠近真菌生命之树基地的早期分歧谱系几乎没有代表性的基因组。

“从概念上讲，这是一个试点项目，”JGI数据科学家和第一作者Steven Ahrendt说道，他作为一名博士后研究员开始从事这个项目。“这与JGI采用的微生物暗物质方法类似 - 该物种在那里，但它们不会出现在基于板的培养中。”

单细胞基因组学方法应用于八种真菌，其中七种属于早期分化谱系Cryptomycota，Chytridiomycota和Zoopagomycota。此外，七种真菌中的六种是真菌寄生虫，或攻击其他真菌的真菌。因此，他们需要能够感染宿主而不会伤害自己。这些物种与它们的宿主共培养生长，然后分离寄生虫的孢子用于取样。“这种寄生生活方式可能是导致这些物种无法培养的原因，”Ahrendt指出。

观察六种寄生虫的基因组，研究小组发现，涉及硫胺素，尿素和硫酸盐等途径的必需代谢基因缺失，这可能使其难以培养。詹姆斯指出，研究中使用的真菌是从广泛的寄生虫策略中选出的，代表了大量的进化时间，这使得该团队难以识别可以揭示寄生生活方式的新基因组。他补充说，这项研究真正突出的是，单细胞方法对于他所谓的“真菌暗物质”是可行的。真菌单细胞产生了从基因组的6%到88%，但结合单细胞产生基因组共同组装从73%完成到99%完成。

詹姆斯说，大约有2000种早期发散真菌的种类，以及约120,000种子囊菌和担子菌的物种。“我们已经描述了5%的真菌多样性，我们正处于一个我们可以开始尝试这种多样性缺失的时代。”

单细胞基因组学方法将应用于JGI社区科学计划提案，詹姆斯领导该计划涉及来自水生环境的50种未知的早期发散真菌。“我真正希望看到的是人们采用这种方法并调整管道以适应不同的生物群体，”他说。“这个试点刚开始通过观察单细胞水生生物进行探索，但我们在土壤，植物等中都有生物。”

“这项工作是一项原理验证，即单细胞基因组学方法可以重建近乎完整的真菌基因组，并提供对来自环境样本的各种不可培养物种的系统发育位置和代谢能力的见解，”JGI真菌计划负责人同意资深作家Igor Grigoriev。“本研究中的几个基因组代表了真菌门的第一个参考文献，其中主要包含未培养或未培养的物种。拥有基因组序列和广泛多样的未培养真菌物种的代谢重建使我们能够更好地了解真菌进化并扩展DOE科学和应用的基因，酶和途径目录。“

本文中提到的物种的基因组可以在JGI的真菌门户网站，MycoCosm以及GenBank中获得。

来自以下机构的研究人员也参与了这项工作：加州大学伯克利分校; 渥太华医院研究所(加拿大); 艾克斯 - 马赛大学(法国); 法国国家农业研究所(法国); 阿卜杜勒阿齐兹国王大学(沙特阿拉伯)和佛罗里达大学。