真菌如何帮助树木抵御干旱

2020-10-15 169真菌

真菌如何帮助树木抵御干旱?树根与外生菌根真菌之间的共生关系从一开始就在塑造森林生态系统。ECM真菌是全球支持橡树、松树、云杉、桦树和山毛榉等林木生长、健康和耐胁迫的关键角色,并有助于提高生物能源原料树(包括杨树和柳树)的生产力。最常见的ECM真菌是Cenococcum geophilum,分布于亚热带到北极地区,特别是在极端环境中。它也是dothideomyces中唯一的菌根真菌,一个由19000种真菌组成的大类,其中许多是植物病原体。

真菌如何帮助树木抵御干旱

法国国家农业研究所(INRA)和瑞士联邦森林、雪和景观研究所WSL的研究人员领导了一个研究小组,以进一步了解在新生球藻地学中外生菌根的主要特征,包括美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的研究人员,该研究所是美国能源部科学用户机构的办公室,他们将其基因组与近亲属鳞翅目昆虫(Lepidopterella palustris)和星状球藻(Glonium stellatum)的基因组进行了比较,两者都不是ECM真菌。这项研究发表在9月7日的《自然》杂志上。他们在C.geophilum转录组中发现了特殊的适应性,这组转录组是一组能够反映真菌实际生化活性的信使RNA分子,可以帮助它们的宿主对干旱胁迫更有抵抗力,这一发现可能有助于在气候变化的情况下开发更多的生物能源植物原料。

作为一项比较基因组分析的一部分,由INRA的研究资深作者Francis Martin领导的菌根基因组学倡议(MGI)进行,DOE JGI对C.geophilum及其近缘鳞翅目昆虫进行了测序,并注释了这两个基因组和另一个近亲,Glonium stellatum。”马丁说:“我们发现,在最大的真菌类群中,唯一已知的菌根共生体-地衣芽孢杆菌的基因组,与先前测序的外生菌根担子菌一样,获得了与菌根生活方式相同的基因组适应性。”这些包括显著减少的植物细胞壁降解酶(PCWD)和大量共生诱导的谱系特异基因,包括十几种菌根诱导的小分泌效应蛋白(MISSP)因此,需要PCWDS,Cencocum已经开始严重依赖其宿主的碳营养。

找到了适应干旱的关键基因

注意到C.geophilum的根尖对干燥有很强的抵抗力,研究小组的一个重要发现是,共生体中三个诱导程度最高的C.geophilum基因中有两个基因编码水道。”第一作者、瑞士联邦研究所WSL的Martina Peter说:“在干旱条件下,这些水通道基因的调节是微调的,因此它们可能在寄主植物的干旱适应中发挥关键作用。”

研究小组在论文中写道:“真菌如何帮助树木抵御干旱?地衣梭菌种群基因组学应阐明宿主和环境适应的机制。” “它应该有助于鉴定适应干旱的C. geophilum菌株,这些菌株可用于有效地支持其寄主树,这些寄主树受到世界许多地区预计干旱时间增加的威胁。”

彼得和马丁都指出,这项工作的成功和菌根基因组学计划的成功归功于他们团队之间的“紧密合作”,即美国能源部JGI、俄勒冈州立大学的乔伊·斯帕塔福拉和佩德罗·克劳斯CBS真菌生物多样性中心(乌得勒支,荷兰)以及CNRS的Bernard Henrissat和艾克斯马赛大学。

“基因组学和进化生物学的交叉,如在MGI和1000真菌基因组(KFG)项目中进行的,可以为我们理解菌根共生的内在生物学原理提供信息,”马丁说通过将基因组序列与严格的生理学和生态学研究相结合,我们正进入一个将土壤菌根群落的存在、组成和丰度与重要的土壤过程和森林生产力联系起来的时代。”

引用

Lawrence Berkeley National Laboratory. "How fungi help trees tolerate drought." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 September 2016. www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160907082250.htm.

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