מחקר חדש על פטריות Mycena מראה שהגנום שלהן גדול בהרבה מהצפוי, עם התרחבות מיוחדת במינים הארקטיים. זה מצביע על כך שפטריות אלו הסתגלו לסביבות מגוונות, הנתמכות על ידי כפילות גנים והעברות גנים אופקיות. Mycena hematopus. קרדיט: כריסטופר הארדר
מחקר על פטריות מיקנה שונות מִין חשף גנומים גדולים באופן בלתי צפוי, דבר המצביע על יכולת גנטית לסגנונות חיים מגוונים, בעיקר בזנים ארקטיים שבהם הגנום גדול משמעותית.
המחקר, שכלל צוות בינלאומי וחלק מפרויקט 1000 גנומים פטרייתיים, חשף הרחבות הגנום על פני כל משפחות הגנים, שכנראה מסייע להסתגלות בסביבות קיצוניות.
גנומים של פטריות מיקנה
מיקנה לפטריות, הידועות גם בשם "מצנפים", יש גנום גדול באופן בלתי צפוי, על פי מחקר מדעי חדש של מינים מרובים. המחקר פורסם היום (27 ביוני) בכתב העת גנומיקת תאים.
בעוד שחשבו שהפטריות חיות רק על ידי השפלה של חומר אורגני מת, התגלית מעידה כי ייתכן שבמקום זאת יש להן אוסף של גנים שיאפשרו להן להסתגל לסגנונות חיים שונים ככל שהנסיבות משתנות, לפי החוקרים. מעניין, הם מראים את זה בוודאות מיקנה לזנים החיים באזור הארקטי יש כמה מהגנומים הפטריות הגדולים ביותר שתוארו אי פעם.
הרחבת הגנום בפטריות מיקנה
"כקבוצה, מיקנה פשוט השתמשו בכל טריק ידוע אפשרי מהספר כדי להרחיב את הגנום שלהם, וככל הנראה למטרות שונות שאינן קשורות בבירור לאורח החיים הידוע, המועדף כביכול, שלהם", אומר כריסטופר בוג הארדר. עם בסיס מקורי לעבודה ב- אוניברסיטת אוסלונורבגיה, הוא שימש כמחבר הראשי של צוות סופרים בן 28 איש מאוניברסיטאות בשבע מדינות.
Mycena epipterygia. קרדיט: ארן ארונסן
"האבולוציה אומרת לנו שתכונות לא מועילות נוטות להיעלם עם הזמן, כך שהמשמעות הברורה היא שכושר הסתגלות והכלליות באותם מבני גנום גדולים חייבות להוות יתרון לפטריות הללו", אומר פרנסיס מרטין מה-INRAE ואוניברסיטת לוריין ב- Champenoux, צרפת. "זה למרות העלויות של גנום גדול עם הרבה תכונות אולי מיותרות שיש לשכפל בכל חלוקת תא. זה עשוי להיות נכון במיוחד בסביבה קיצונית כמו הארקטי, כפי שניתן לראות גם בצמחים."
תפקידה של מיקנה במערכות אקולוגיות וריצוף הגנום שלהן
החוקרים יצאו לחקור מיקנה מבוסס על תפקידם כמפרקי פטריות עיקריים של פסולת ועלים במערכות אקולוגיות של יער. למרות גופי הפרי הזעירים שלהם, מיקנה יש תפקיד חשוב במחזור הפחמן העולמי. קבוצה זו של פטריות נחשבה זמן רב כי היא חיה אך ורק על חומר אורגני מת, אך לאחרונה נמצא כי מינים מסוימים מתפרנסים גם מאינטראקציות שיתופיות או טפיליות עם צמחים חיים. מיקנההם גם ביולוגיםצנטיים – כלומר, הם זוהרים בחושך – ועבודות מוקדמות יותר המתארות את הגנום של חמישה מיקנה מינים חקרו את התופעה הזו. כדי ללמוד עוד על הרגלי החיים הישירים שלהם, החוקרים רצו כעת ללמוד מגוון רחב של מיקנה מינים עם העדפות שונות למצעים.
חקר מגוון הגנום במינים של מיקנה
במחקר החדש, הם יצרו רצפי גנום חדשים עבור 24 נוספים מיקנה מינים ומין קרוב המכונה כיום אתניאלה פלורידולה. הגנומים עברו רצף והוספת הערות באמצעות התוכנית למדעי הקהילה של מכון הגנום המשותף של DOE. העבודה היא חלק מפרויקט 1000 גנומים פטרייתיים, שמטרתו לחקור את מגוון הגנום הן על פני והן בתוך קבוצות שונות של פטריות, במקרה זה הסוג של Mycena.
המינים הנכללים מייצגים שש קטגוריות של רקבון: חומרי עץ כלליים, חומרי עץ רחבי עלים, גנרליסטים של פסולת דשא, מתכלים פסולת רחבי עלים, מחטני פסולת מחטניים וכללי פסולת כלליים. הוא כלל גם שלושה מינים ארקטיים. הם הוסיפו את הגנומים החדשים שלהם ל-33 גנומים נוספים שאינםמיקנה מִין. הם רצו להבין כיצד הגנום התפתח והתרחב לאורך זמן אבולוציוני וכיצד המינים עשויים להבדיל באנזימים המפרקים את דופן תא הצמח בהתבסס על הרגלי החיים שלהם.
הרחבות גנום מפתיעות והשלכותיהן האבולוציוניות
הם הופתעו לגלות זאת מיקנה הראו התרחבות גנום מסיבית בסך הכל, המשפיעה על כל משפחות הגנים ללא קשר להרגלים הצפויים שלהם. נראה שההתרחבות מונעת על ידי הופעת גנים חדשים וכן כפילויות גנים, אוספים מוגדלים של גנים המייצרים אנזימים לפירוק רב סוכרים, התפשטות של יסודות הניתנים להעברה והעברות גנים אופקיות ממינים פטרייתיים אחרים. הם גם גילו שלשני מינים שנאספו באזור הארקטי יש את הגנום הגדול ביותר ללא ספק, בגודל שגדול פי שניים עד שמונה מזה מיקנה חיים באזורים ממוזגים.
תצפיות על התאמות במינים ארקטיים של מיקנה
"זו הייתה הפתעה מיוחדת שהגנום הארקטי הורחב כל כך במיוחד על הכלל מיקנה הרחבה – וזה מיקנה העביר בצורה אופקית גנים מ-Ascomycetes", אומר הארדר. "המינים האלה נמצאים גם באזורים ממוזגים, ואיננו יכולים לראות באופן חד משמעי מהתוצאות שלנו אם המינים האלה גדולים בגלל אפקט מין ספציפי או בגלל אפקט ארקטי."
עם זאת, הוכח כי כמה צמחים ארקטיים מנפחים את הגנום שלהם עם אלמנטים הניתנים להעברה או פשוט משכפלים את כל הגנום שלהם לגמרי בהשוואה לקרוביהם הקרובים באזורים ממוזגים, וזה כמובן מפתה להציע שאבולוציה מקבילה דומה יכולה להתרחש בפטריות הארקטיות .
"המעבר האבולוציוני מפירוק לפטריות סימביוטיות מקובל להאמין שהתרחש במקביל בכמה קבוצות פטרייתיות במהלך האבולוציה לפני מיליוני שנים", אומר Håvard Kauserud מאוניברסיטת אוסלו, נורבגיה. "עם זאת, עם מיקנהנראה שאנחנו רואים את התהליך ההדרגתי הזה בפעולה מתרחש ממש מול העיניים שלנו".
הרהורים על רצף הגנום ומסקנות אקולוגיות
"אנחנו יודעים את זה מקווי מחקר אחרים מיקנה, בניגוד להרבה פטריות אחרות, יכולות לאמץ יותר מאורח חיים אפשרי אחד. הממצאים מצביעים על כך שסגנונות החיים המרובים הללו באים לידי ביטוי גם במבני הגנום שלהם", אומר הארדר.
לממצאים יש גם השלכות חשובות על המאמצים להבין את הרגלי האורגניזם מרצפי הגנום שלו בלבד.
"זה משמש תזכורת לכך שאי אפשר תמיד להסיק בקלות את האקולוגיה או אורח החיים העיקריים של פטרייה רק מרצף הגנום שלה", אמר מרטין. "די חשוב לזכור את זה בעידן שבו DNA הריצוף הופך לזול יותר ויותר ויותר זמין בכל מקום, בעוד שהידע המסורתי על האורגניזם נפוץ פחות בקרב דורות צעירים של ביולוגים וקשה יותר להשיג עבורו מימון".
