_ Oamenii de știință cartografiază ARN-ul solului la genomul ciupercilor pentru a înțelege ecosistemele forestiere

Dacă un copac cade în pădure – indiferent dacă cineva înregistrează sau nu sunetul – un lucru este sigur: există o mulțime de ciuperci în jur. În solul unei păduri, sute de specii descompun resturile, mobilizează nutrienții din acea degradare și furnizează acești nutrienți rădăcinilor copacilor și solului. Aceste ciuperci ajută la modelarea ecologiei unei păduri. Ele stochează carbonul și ciclează nutrienții cheie, cum ar fi azotul și fosforul.

În acest fel, ciupercile din solurile pădurii dețin cheia sănătății copacilor și stocării carbonului - abilități care contează din ce în ce mai mult pe măsură ce clima se încălzește. Cu toate acestea, acestea sunt interacțiuni complicate de descurcat. Ciupercile lucrează în cooperare pentru a susține o pădure, iar speciile variază de-a lungul ecosistemelor Pământului.

Recent, în lucrările publicate în New Phytologist, cercetătorii au descoperit o nouă înțelegere a ciupercilor care îndeplinesc anumite funcții la nivelul pădurii. Pentru prima dată, au comparat trei bresle de ciuperci diferite într-o serie de locații diferite. Ei au prelevat probe de sol din patru ecosisteme forestiere, au extras ARN pentru a înțelege expresia genelor și au dezvoltat noi instrumente pentru a mapa acel ARN din sol la genomi fungici.

Institutul comun al genomului (JGI) al Departamentului Energiei din SUA (DOE), un birou al DOE pentru știință, situat la Laboratorul Național Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) a secvențiat 1 trilion de baze - o terabază - de ARN din sol pentru acest proiect și a produs genomii de referință care au permis cartografierea acestor citiri de ARN. „În prezent, acesta este cel mai mare metatranscriptom fungic secvențial JGI de până acum”, a spus Igor Grigoriev, șeful programului de genomică fungică la JGI.

Împreună cu o înțelegere îmbunătățită a sistemelor forestiere multiple, această lucrare stabilește protocoale și conducte pe care alte echipe le pot folosi din întreaga lume.

Aceste instrumente oferă cercetătorilor o modalitate de a accesa mult mai multe informații despre ciupercile din aceste medii. „Acum, cu aceste noi instrumente – metatranscriptomica, secvențierea ARN a ARN-ului din sol – putem accesa – „Ce fac ei? Cum interacționează?”, a spus autorul principal Francis Martin, director de cercetare emerit la Institutul Național de Cercetare pentru Agricultură, Alimentație și Mediu (INRAE).

Pentru acest studiu, cercetătorii au colectat mostre de sol din patru situri. : Aspurz, Spania; Lamborn, Suedia, Canada. Aceste situri reprezintă, respectiv, pădurile mediteraneene, temperate și boreale pădurile împărtășesc doar aproximativ 20% din speciile lor de ciuperci Pentru a face comparații utile, cercetătorii au trebuit să lucreze în afara taxonomiei. inginer cercetător la INRAE ​​și unul dintre primii autori ai acestei lucrări.

Pentru a compara aceste bresle trofice, această echipă s-a concentrat pe trei grupuri principale de ciuperci care au apărut în toate pădurile pe care le-au eșantionat. Aceste bresle sunt comune pădurilor din întreaga lume, precum și pajiști și pășuni: saprotrofe dezasambla resturile și organismele moarte pentru a-și elibera nutrienții; simbiontii micorizali transporta apa si nutrientii catre copaci; agenții patogeni ai plantelor colonizează plantele vii pentru a se hrăni cu ele.

Din toate tipurile de pădure, Martin și echipa sa au pieptănat mostre de sol pentru a vedea ce gene au folosit aceste trei bresle de ciuperci pentru a crește și a metaboliza nutrienții. Ei au secvențiat tot ARN-ul găsit în probele de sol și au asamblat acele transcripte de ARN într-un metatranscriptom.

În general, au descoperit că, în ciuda diversității mari de specii, fiecare breaslă a îndeplinit funcții remarcabil de similare în diferite păduri. Metabolismul primar, activitatea celulară și dezvoltarea ciupercilor arătau destul de asemănătoare pentru fiecare breaslă de saprotrofi, simbioți micorizali și agenți patogeni, indiferent dacă o probă provenea din solul de sub un pin sau un stejar, în Suedia sau Quebec.

Din punct de vedere ecologic, Martin sugerează că această redundanță este protectoare, un pic ca diversificarea unui portofoliu de investiții. Dacă un stres precum incendiul sau seceta amenință unele specii de ciuperci, alte ciuperci vor completa funcționalitățile necesare.

Această lucrare arată, de asemenea, o nouă suprapunere între funcțiile diferitelor bresle de ciuperci. Saprotrofii și simbioții micorizali au fost împărțiți istoric în nișe ecologice separate - reciclatori și respectiv transportatori. Cu toate acestea, echipa lui Martin a descoperit că ambele bresle exprimă gene similare pentru degradarea pereților celulelor fungice, așa-numita necromasă fungică, sugerând că aceste bresle împărtășesc responsabilitatea reciclării materialului fungic mort.

Acest proiect provine dintr-o știință comunitară. Propunerea de program pe care Martin a înaintat-o ​​în 2012. La acel moment, domeniul cercetase multe comunități diferite de sol pentru diversitatea taxonomică. Aceste studii ar putea identifica populațiile, dar au spus puțin despre speciile care făceau ce.

Pentru a înțelege modul în care comunitățile fungice și-au împărțit sarcinile, Martin și echipa sa au optat pentru a profila ARN, pentru o vedere a expresiei genelor fungice. Ei ar avea nevoie de genomi fungici existenți pentru a mapa expresia genelor la funcții și specii de ciuperci. Inițial, cartografierea secvențelor de ARN în acest fel a fost o provocare, potrivit lui Martin. „În urmă cu 12 ani, când am cartografiat primul ARN secvențial din sol, doar 10% dintre aceștia se mapau la genomurile fungice de la JGI”, a spus Martin.

Un efort numit proiectul 1000 de genomi fungici. a schimbat asta. Acesta este un proiect de mai mulți ani, în colaborare cu JGI, pentru a secvența 1.000 de genomi de referință din întregul arbore al vieții fungice. Martin este unul dintre liderii proiectului. După ce a început cu aproximativ 200 de genomi fungici, în doar câțiva ani, a spus el, proiectul 1000 de genomi fungici, împreună cu alte proiecte CSP, a secvențiat peste 2.000 de genomi fungici.

JGI a secvențiat, asamblat și adnotat. aceste genomi în colaborare cu zeci de parteneri. „Acesta a fost un efort extraordinar al comunității, cu peste 100 de cercetători care au nominalizat specii pentru secvențiere și apoi au trimis mostre de ADN și ARN la JGI”, a spus Grigoriev. Toți acești genomi sunt disponibile la MycoCosm.

Dacă inițial, sarcina de a mapa ARN-ul fungic în secvențe a fost un drum accidentat și întortocheat, acest nou aflux de genomi a deschis o autostradă pe aceeași rută. „A fost cu adevărat uimitor cum s-a îmbunătățit calitatea datelor datorită acelei cantități masive de noi genomi”, a spus Martin.

Proiectul 1000 de genomi fungici se îndreaptă mai departe, pentru a permite mai multe studii ca acesta. Martin spune că și mai multe genome se vor traduce într-o înțelegere și mai mare, pe măsură ce alți cercetători analizează ARN-ul din comunitățile de sol din toată America de Sud, China, Europa și Statele Unite.

„În următorii câțiva ani, cred că vom va avea un fel de hartă globală a diversității fungice, dar încă ne lipsesc funcțiile”, a spus Martin. „Așadar, datorită tipului de program pe care l-am dezvoltat împreună cu JGI, avem instrumentele necesare pentru a obține cu adevărat informații despre funcțiile acestei comunități fungice, de la poli la tropice.”

(Fluierul)