这些蘑菇“大规模扩展”了基因组：它们的基因组出乎意料地大

　　

发表在《细胞基因组学》(Cell Genomics)杂志上的一项对多种迈锡纳菌的研究发现，它们的基因组出乎意料地大。虽然人们一直认为这种蘑菇是纯粹的腐养动物——仅靠降解死去的有机物质为生——但这一发现表明，它们可能拥有一系列基因，使它们能够随着环境的变化而适应不同的生活方式。有趣的是，他们发现生活在北极的某些迈锡纳菌株拥有迄今为止所描述的最大的蘑菇基因组。

这些蘑菇在它们的基因组中显示出广泛的生长。这不仅包括帮助它们入侵或与植物相互作用并分解碳的基因，还包括功能尚不清楚但可能很重要的基因。此外，还有许多重复的非编码元件和基因，它们通过水平基因转移从其他不相关的真菌中获得。

“迈锡纳的样本是在北欧收集的，我们的一位合作者从北极地区收集了样本。其中三个被成功测序，我们发现这些北极物种与普通迈锡纳物种相比包含更大的基因组，”冲绳科学技术研究所(OIST)进化和合成生物学部门的联合主要作者宫内申戈博士解释说。“我最初的印象是这是不正常的，所以我们联系了我们的合作者，他们验证了基因组组装的正确性。然后我们得出结论，这些高度扩展的基因组是某些北极迈锡纳物种所特有的。”

法国国家农业、食品和环境研究所(INRAE)和法国洛林大学(Champenoux)的弗朗西斯·马丁(Francis Martin)补充说:“进化告诉我们，非优势性状往往会随着时间的推移而消失，因此一个明显的暗示是，这些大型基因组结构中的适应性和通适性一定是这些真菌的优势。”“尽管拥有一个大基因组的成本很高，其中可能有许多不必要的特征，这些特征必须在每次细胞分裂中进行复制。在北极这样的极端环境中尤其如此，植物也是如此。”

研究人员开始研究迈锡纳菌，是基于它们在森林生态系统中作为凋落物和树叶的主要蘑菇分解者的作用。尽管它们的子实体很小，但迈锡纳在全球碳循环中扮演着重要的角色。长期以来，人们一直认为这类蘑菇完全以死亡的有机物质为食，但最近发现，一些物种也通过与活植物的合作或寄生相互作用来谋生。迈锡纳水母也是生物发光的——也就是说，它们在黑暗中发光——早期描述五种迈锡纳水母基因组的工作已经研究了这种现象。为了更多地了解它们的直接生活习惯，研究人员现在想研究一个广泛的Mycena物种，它们对基质有不同的偏好。

在新的研究中，他们为另外24种迈锡纳物种和一种现在被称为floridula的相关物种生成了新的基因组序列。所包括的物种代表了6个腐生类:乔木腐生类、阔叶腐生类、禾本科腐生类、阔叶腐生类、针叶枯落物腐生类和全凋落物腐生类。其中还包括三种北极物种。他们将新的基因组添加到另外33个来自非迈锡纳物种的基因组中。他们想了解基因组在进化过程中是如何进化和扩展的，以及物种在植物细胞壁降解酶方面的差异是如何基于它们的生活习惯的。

他们惊讶地发现，迈锡纳整体上显示出大规模的基因组扩增，影响了所有基因家族，而不管它们的预期习惯如何。这种扩张似乎是由新基因的出现、基因复制、产生降解多糖酶的基因集合的扩大、转座因子的增殖以及来自其他真菌物种的水平基因转移所驱动的。他们还发现，在北极收集的两个物种拥有迄今为止最大的基因组，其大小是生活在温带的迈锡纳的2到8倍。

研究人员特别惊讶地发现，北极物种的基因组扩展明显超出了迈锡纳的一般扩展。此外，他们发现菌丝体真菌通过水平基因转移获得子囊菌的基因。这些物种也在温带地区被发现，但目前尚不清楚它们的巨大体型是由于特定的物种特征还是与北极环境有关的影响。

然而，一些北极植物已经被证明用转座因子膨胀了它们的基因组，或者与它们在温带地区的近亲相比，只是简单地复制了它们的整个基因组。当然，人们很容易认为，类似的平行进化可能发生在北极蘑菇身上。

挪威奥斯陆大学的havard Kauserud说:“一般认为，从分分者到共生真菌的进化转变是在数百万年前的进化过程中，在几个真菌群中并行发生的。”“然而，有了迈锡纳，我们似乎看到这个渐进的过程就在我们眼前发生。”

“我们从其他研究中了解到，与许多其他真菌不同，迈锡纳菌可以采用多种可能的生活方式。研究结果表明，这些多种可能的生活方式也反映在他们的基因组结构上，”奥斯陆大学的联合首席作者克里斯托弗·布格·哈德说。

这些发现对于仅仅从生物体的基因组序列来理解它们的习性也有重要的意义。

作为一名对视觉艺术有着浓厚兴趣的数据科学家，宫内博士喜欢在数据可视化方面发挥创造性:“我花了两年时间比较这项研究的真菌基因组特征，并受到这些小蘑菇颜色的启发。我创作的人物受到了19世纪法国印象派画家皮埃尔-奥古斯特·雷诺阿的影响。”他目前正在从事一个项目，对罕见的深海真菌进行基因组测序，这些真菌与森林真菌有很大的不同。“我们的目标是挖掘基因组，发现不寻常的基因、酶和代谢物。最终，我们的目标是分离独特的基因组材料用于生物技术应用。我希望资助机构认识到小蘑菇的巨大未来潜力，”他说。