Omstillingsparate svampe

En forskningsundersøgelse af flere Mycena-svampearter, der netop er blevet publiceret i tidsskriftet Cell Genomics, viser, at svampene har bemærkelsesværdigt store genomer.

 - "Som artsgruppe har Mycena haft en helt særlig evne til at udvide deres genomer, så de altid er klar til at skifte levevis, hvis livsbetingelserne ændrer sig”, siger Christoffer Bugge Harder fra Biologisk Institut, Københavns Universitet, som i dette studium har samarbejdet med en forskergruppe bestående af forskere fra syv lande i tæt samarbejde med Oslo Universitet i Norge.

De fleste svampe får deres kulstof fra planter i en eller anden form, og her har de grundlæggende tre overordnede typer af levevis: 1) De kan nedbryde dødt materiale; eller de kan invadere levende planter og så sidenhen enten 2) snylte på dem, eller også 3) samarbejde med dem til begges gensidige fordel.

- ”Mens man oprindeligt troede, at Mycena hørte til dem, der udelukkende levede af at nedbryde dødt organisk materiale, har anden nylig forskning vist, at de også er i stand til at invadere levende planter. Studiet her tyder på, at deres store og mangfoldige genomer gør dem i stand til at tilpasse sig forskellige livsvikår, efterhånden som omstændighederne ændrer sig”, siger Christoffer Bugge Harder.

Særligt interessant viser undersøgelsen, at visse Mycena-stammer, der lever i Arktis, har de største paddehattesvampegenomer, der nogensinde er beskrevet.

 - "Evolutionshistorien fortæller os, at ikke-fordelagtige egenskaber har en tendens til at forsvinde over tid, så en indlysende implikation her er, at tilpasningsevne og generalisme i de store genomstrukturer må være en fordel for disse huesvampe," siger Francis Martin fra INRAE ​​og University of Lorraine i Champenoux, Frankrig og fortsætter "Og dette er på trods af omkostningerne ved at have et stort genom med masser af - måske unødvendige - funktioner, der skal replikeres i hver celledeling”.

Skovens selvlysende nedbrydere

Mycena er kendt for at være bioluminescerende - det vil sige, de lyser i mørket - og tidligere arbejde, der beskriver genomerne af fem Mycena-arter, har undersøgt dette fænomen. Mycena-svampene er kendte for deres rolle som nedbrydere af blade og dødt ved, men for nyligt har det vist sig, at nogle arter også lever gennem samarbejde eller i symbiose med levende planter.  Mycenaer fundet overalt på planeten; i skove og på åbent land, og i troperne og på tundraen i både Arktis og Antarktis.  

For at lære mere om den genetiske baggrund for alle disse egenskaber, ønskede forskerne nu at studere en bred palet af Mycena-arter. I undersøgelsen genererede de nye genomsekvenser for 24 yderligere Mycena-arter og en beslægtet art nu kendt som Atheniella floridula. Genomerne blev sekventerede og samledegennem DOE Joint Genome Institutes Community Science-program. Arterne repræsenterede seks forskelligeøkologiske kategorier af nedbrydere alt efter, om de foretrak løvtræ, nåletræ eller græs, og om de var specialister eller generalister. Desuden var der tre arter indsamlede i arktiske egne, hvor livsforholdene kan være ret ekstreme og kræve særlige egenskaber.

Alsidige genomer

Forskerne blev overraskede over at opdage, at Mycena viste store genomer generelt, hvilket påvirker mere eller mindre alle typer af gener, de har. Genomerne bestod blandt andet af helt nye huesvampe-specifikke gener, duplikationer af eksisterende gener, kopieringer af mobile genetiske elementer uden specifik kendt funktion, og genoverførsler fra andre svampearter.

- "Udover de enorme genomer fra kopieringer af deres egne unikke genmaterialer var det også overraskende, at Mycena desuden havde fået overført gener fra sæksvampe (Ascomycota). Sæksvampe er en anden række afsvampe, der er lige så fjernt beslægtede med huesvampe, som insekter eller pighuder er med mennesker. Så det svarer til, at mennesker havde kunnet indbygget gener fra en sommerfugl eller en søstjerne i vores egne genomer” forklarer Christoffer Bugge Harder”.

De fandt også, at to af arterne indsamlet i Arktis havde de langt største genomer, - i en størrelse, der er to til otte gange større end Mycena, der lever i tempererede zoner.

- "De arter findes også i tempererede områder, og vi kan ikke umiddelbart se ud fra resultaterne, om disse arters genomer er store på grund af en specifik artseffekt eller på grund af en arktisk effekt” fortsætter Christoffer Bugge Harder.

Afslører genomet levevisen?

Til forskel fra planter i tempereret klima har nogle arktiske planter vist sig at udvide deres genomer med mobile genetiske elementer eller simpelthen duplikere hele deres genom – så det er nærliggende at tænke sig, at en lignende parallel udvikling kan ske i arktiske svampe.

Men resultaterne har også vigtige konsekvenser for bestræbelserne på at forstå en organismes vaner og levevis alene ud fra deres genomsekvenser.

- “Vi har for nyligt set flere eksempler på, hvordan Mycena/huesvampe kan udnytte deres store alsidighed til at opnå fordele i en verden i hastig menneskeskabt forandring. Sydamerikanske huesvampe har fundet ud af at kunne snylte på både kaffe, avocado og andre afgrøder, og der er foreløbigt ingen af planterne, der har kunnet udvikle resistens. Og ved store skovfældninger bliver Mycena helt dominerende i det efterladte landskab, fordi de modsat de fleste andre svampe overlever og endda trives fint med den bratte overgang fra at leve sammen med de levende træer til nu at nedbryde de efterladte døde stubbe og grene. Og tidligere i år fandt man endda en levende frø i Indien, der havde en hel huesvamp med stok og hat voksende ud af sin ryg. Det er velkendt, at nogle svampe er specialiserede i at vokse på dyr, men huesvampen på frøen var os bekendt det første eksempel på en hatsvamp, der kunne vokse og danne en sådan svamp på et levende dyr, selvom den ellers normalt voksede på/med planter”, tilføjer Christoffer Bugge Harder.

 - "Dette tjener som en påmindelse om, at man ikke altid kan udlede en svamps vigtigste økologi eller levevis bare ved at sekventere deres genomer," afslutter Francis Martin. "Dette er ret vigtigt at huske i en tid, hvor DNA-sekventering bliver billigere og billigere og mere og mere allestedsnærværende, mens traditionel praktisk organismeviden er mindre udbredt i yngre generationer af biologer og sværere at skaffe finansiering til."

Arbejdet er en del af 1000 Fungal Genomes-projektet, som har til formål at udforske genomdiversitet både på tværs af og inden for forskellige grupper af svampe, i dette tilfælde slægten Mycena.