酵母成为地衣共生中隐藏的第三伙伴

2020-10-20 165地衣

近150年来,地衣一直是共生的模式生物。现在,研究人员发现了一种意想不到的嵌在地衣皮层或“皮肤”中的第三种伴侣——酵母。

酵母成为地衣共生中隐藏的第三伙伴

自1867年以来,科学家们已经认识到产生地衣的基本伙伴关系:真菌与藻类或蓝藻的关系对双方都有利。蒙大拿大学领导的普渡大学真菌学家M.Catherine Aime共同撰写的一项研究显示,六大洲的地衣中也含有担子菌酵母菌,这种单细胞真菌很可能产生化学物质,帮助地衣抵御掠食者和排斥微生物。

这一发现可以解释为什么许多基因相似的地衣呈现出迥然不同的物理特征,以及为什么科学家们无法在实验室合成地衣,即使是将在自然界中成功合作的物种结合起来。

研究意义

植物学和植物病理学教授艾美说:“这一发现(酵母成为地衣共生中隐藏的第三伙伴)颠覆了我们长期以来关于地球上研究得最好的共生关系的假设。”这些酵母菌组成了一个没有人知道存在的完整谱系,然而它们作为第三个共生伙伴存在于每一个大陆的各种地衣中。这是一个很好的例子,说明了事物是如何隐藏在我们眼前的,以及为什么我们必须继续研究微生物世界。”

根据他对地衣的研究,瑞士植物学家西蒙·施文德纳是第一个提出某些生物不是独立个体,而是由不相关物种共同作用的组合而成的科学家。他观察到地衣是单一真菌和光合作用伙伴(藻类或蓝藻)合作的结果。藻类通过将食物转化为二氧化碳而产生能量。真菌,反过来,形成地衣的主要结构,并提供它的光合作用伙伴保护免受环境。

这种跨国界的力量和能力的结合使得地衣能够在各种表面和地球上几乎每一个栖息地繁衍生息,从北极到沙漠。它们有无数的形状、颜色和形式,并产生丰富多样的次生代谢物。地衣也是最早生活在陆地上的有机体,这表明,共同努力帮助生命使海洋向陆地跳跃。

研究内容

酵母成为地衣共生中隐藏的第三伙伴的发现,始于一项关于为什么两个地衣物种在基因上看起来完全相同,但却有着不同的特性的调查。而绿脓杆菌产生的酸性物质和绿脓杆菌是一样的。对已知真菌伴侣在两个物种中的基因表达分析显示没有差异。

但是当研究小组将数据搜索范围扩大到包括所有真菌时,他们发现了基因表达方式不同的迹象——出乎意料的是,一种似乎属于担子菌纲的真菌,与已知的真菌伙伴完全不同。这些数据表明存在第二种真菌伴侣,一种在早期进化担子菌中未被描述的酵母种类。

这项研究的第一作者、蒙大拿州博士后研究员托比·斯普里比尔说,他最初对研究结果表示怀疑。

他说:“我花了很长时间才让自己相信我不是在处理污染问题。”

但一旦研究人员开始在其他地衣中寻找类似酵母的踪迹,他们在全世界52个地衣属中发现了相关的谱系,并发现了分子证据,表明共生伙伴之间有着悠久的共同进化史。

“自19世纪以来,科学家和自然历史学家通过显微镜观察地衣的历史源远流长,”同时也是格拉茨大学博士后研究员的斯普里比尔说酵母总是在那儿,我们总得把它打开。它让我起鸡皮疙瘩。”

卷曲双歧杆菌中大量的酵母使地衣能够产生酸性物质,有助于抵御其他微生物的入侵。艾美对相关酵母的研究表明,在植物中也有类似的有益作用,但担子菌酵母菌仍有待研究。

她说:“在理解微生物在各种生物系统中的重要性和普遍性方面,我们几乎没有触及冰山一角。”

引用

Purdue University. "Yeast emerges as hidden third partner in lichen symbiosis." ScienceDaily. ScienceDaily, 21 July 2016. www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160721151213.htm.

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