פטריות Mycena מפגינות התרחבות גנומית נרחבת, וכוללת לא רק את הגנים המקלים על פלישת צמחים, פירוק פחמן ואינטראקציה, אלא גם אלה עם תפקידים לא ידועים אך סבירים משמעותיים. קרדיט: ארן ארונסן וכריסטופר הארדר
לזנים מסוימים של Mycena החיים באזור הארקטי יש כמה מהגנומים הפטריות הגדולים ביותר שתוארו אי פעם.
פטריות מיקנה מציגות גנומים גדולים באופן בלתי צפוי, במיוחד באזור הארקטי מִיןהמצביע על יכולת הסתגלות גנטית ותפקיד חשוב בדינמיקה של המערכת האקולוגית וביחסים סימביוטיים פוטנציאליים.
חשיפת מיקנה: מגוון גנטי מפתיע
מחקר של ריבוי מיקנה מיני פטריות שדווחו בכתב העת גנומיקת תאים גילה שיש להם גנומים גדולים באופן בלתי צפוי. בעוד שהפטריות נחשבו כספרוטרופיות בלבד – חיות על ידי השפלה של חומר אורגני מת בלבד – התגלית מעידה כי ייתכן שבמקום זאת יש להן אוסף של גנים כדי לאפשר להן להסתגל לסגנונות חיים שונים ככל שהנסיבות משתנות. מעניין שהם מראים בטוחים מיקנה לזנים החיים באזור הארקטי יש כמה מהגנומים הפטריות הגדולים ביותר שתוארו אי פעם.
פטריות אלו מראות גידול נרחב ברחבי הגנום שלהן. זה כולל לא רק את הגנים שעוזרים להם לפלוש או לקיים אינטראקציה עם צמחים ולפרק פחמן, אלא גם גנים שתפקידיהם עדיין לא ידועים אבל כנראה חשובים. בנוסף, ישנם אלמנטים וגנים רבים שחוזרים על עצמם, שאינם מקודדים, שהם רכשו מפטריות אחרות, לא קשורות, באמצעות העברה אופקית של גנים.
התאמות ארקטיות בגנומים של מיקנה
"ה מיקנה דגימות נאספו בצפון אירופה, ואחד ממשתפי הפעולה שלנו אסף דגימות מהאזור הארקטי. שלושה מהם רוצבו בהצלחה, ומצאנו שמינים ארקטיים אלה הכילו גנומים גדולים יותר באופן משמעותי בהשוואה למיני Mycena רגילים", הסביר ד"ר שינגו מיאוצ'י, מחבר משותף במכון האבולוציוני והמדע והטכנולוגיה של אוקינאווה (OIST) היחידה לביולוגיה סינתטית. "הרושם הראשוני שלי היה שזה לא נורמלי, אז יצרנו קשר עם משתפי הפעולה שלנו שאימתו את נכונות מכלול הגנום. לאחר מכן הגענו למסקנה שהגנומים המורחבים מאוד הללו היו ייחודיים לארקטיקה מסוימת מיקנה מִין."
ד"ר שינגו מיאוצ'י, מדען ביחידה לביולוגיה אבולוציונית וסינתטית של OIST, מציג את כישורי הדמיית הנתונים שלו על ידי מיזוגם עם התשוקה שלו לאמנות. הוא משלב פלטות צבעים ואסתטיקה בהשראת אמנים בעלי שם, ומגשר על הפער בין מדע ליצירתיות אמנותית. קרדיט: OIST
השלכות של גודל הגנום על הסתגלות
"האבולוציה אומרת לנו שתכונות לא מועילות נוטות להיעלם עם הזמן, כך שהמשמעות הברורה היא שכושר הסתגלות והכלליות באותם מבני גנום גדולים חייבות להוות יתרון עבור פטריות אלו", הוסיף פרנסיס מרטין מה-INRAE (המכון הלאומי למחקר בצרפת חקלאות, מזון וסביבה) ואוניברסיטת לוריין בשמפנו, 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."
לימוד מוטיבציות ומתודולוגיה
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. מזמן חשבו שקבוצת פטריות זו חיה אך ורק על חומר אורגני מת, אך לאחרונה נמצא כי מינים מסוימים מתפרנסים גם מאינטראקציות שיתופיות או טפיליות עם צמחים חיים.
Mycenas הם גם ביולוגית – כלומר הם זוהרים בחושך – ועבודה קודמת שתיארה את הגנום של חמישה מיני Mycena חקרה תופעה זו. כדי ללמוד עוד על הרגלי החיים הישירים שלהם, החוקרים רצו כעת לחקור מגוון רחב של מיני Mycena עם העדפות שונות למצעים.
מחקרי גנום מקיפים חושפים תובנות חדשות
במחקר החדש, הם יצרו רצפי גנום חדשים עבור 24 נוספים מיקנה מינים ומין קרוב המכונה כיום אתניאלה פלורידולה. 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 הגנום החדש שלהם ל-33 גנומים נוספים ממינים שאינם מיקנה. הם רצו להבין כיצד הגנום התפתח והתרחב לאורך זמן אבולוציוני וכיצד המינים עשויים להיות שונים באנזימים המפרקים את דופן תאי הצמח בהתבסס על הרגלי החיים שלהם.
גדלי גנום חסרי תקדים במינים ארקטיים
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 ממיקנה שחיה באזורים ממוזגים.
החוקרים הופתעו במיוחד לגלות שהגנום של המינים הארקטיים התרחב משמעותית מעבר לכלל מיקנה הַרחָבָה. בנוסף, הם גילו את זה מיקנה פטריות רכשו גנים מ-Ascomycetes באמצעות העברת גנים אופקית. מינים אלה נמצאים גם באזורים ממוזגים, אך עדיין לא ברור אם גודלם הגדול נובע ממאפייני מינים ספציפיים או השפעה הקשורה לסביבה הארקטית.
תפקידם של גורמים סביבתיים בווריאציות גנומיות
עם זאת, כמה צמחים ארקטיים הוכחו כמנפחים 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.
תצפיות מתמשכות בהתאמות האבולוציוניות של מיקנה
"המעבר האבולוציוני מפירוק לפטריות סימביוטיות נהוג להאמין שהתרחש במקביל בכמה קבוצות פטרייתיות במהלך האבולוציה לפני מיליוני שנים", אומר Håvard Kauserud מה- אוניברסיטת אוסלו, נורווגיה. "עם זאת, עם מיקנהנראה שאנחנו רואים את התהליך ההדרגתי הזה בפעולה מתרחש ממש מול העיניים שלנו".
המבנה הגנומי הגמיש של Mycena משקף סגנונות חיים מגוונים
"אנחנו יודעים את זה מקווי מחקר אחרים מיקנה, בניגוד להרבה פטריות אחרות, יכולות לאמץ יותר מאורח חיים אפשרי אחד. הממצאים מצביעים על כך שסגנונות חיים רבים אפשריים אלה באים לידי ביטוי גם במבני הגנום שלהם", אמר כריסטופר בוגה הארדר, מחבר משותף באוניברסיטת אוסלו.
לממצאים יש גם השלכות חשובות על המאמצים להבין את הרגלי האורגניזם מרצפי הגנום שלו בלבד.
כיוונים עתידיים ויישומים ביוטכנולוגיים
כמדען נתונים עם עניין רב באמנות חזותית, ד"ר מיאוצ'י נהנה להיות יצירתי בהדמיית נתונים: "ביליתי שנתיים בהשוואה של תכונות גנום פטרייתי עבור המחקר הזה ושאבתי השראה מהצבעים של הפטריות הזעירות הללו. הדמויות שיצרתי הושפעו מהאימפרסיוניסט הצרפתי של המאה ה-19, פייר אוגוסט רנואר".
כיום הוא עובד על פרויקט לרצף גנומים של פטריות נדירות בים עמוק השונות באופן משמעותי מפטריות יער. "המטרה שלנו היא כריית גנום כדי לחשוף גנים יוצאי דופן, אנזימים ומטבוליטים. בסופו של דבר, אנו שואפים לבודד חומרים גנומיים ייחודיים ליישומים ביוטכנולוגיים. אני מקווה שגופי המימון יכירו בפוטנציאל העתידי העצום של פטריות קטנות", אמר.
למידע נוסף על מחקר זה, ראה חשיפת הגנומים המסיביים של פטריות זוהר בחושך של ארקטי.
