Биологи МГУ прочитали первые геномы родственников грибов

Сотрудники Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского (НИИФХБ) Московского университета изучили геномы афелид – микроорганизмов, которые стали ключевым звеном в эволюции грибов. Исследователи использовали методы сравнительного геномного анализа и филогенетики. Это помогло учёным показать близкое родство афелид и грибов, а также выявить масштабное эволюционное расхождение между двумя схожими видами микроскопических организмов. Работа об афелидах была опубликована в научно-исследовательском журнале Current Biology.

Грибы известны своей тесной связью с растениями: например, маслята растут в сосновом лесу, а грузди – в березовом. На суше грибы занимают нишу основных редуцентов растительного материала: они выделяют ферменты, которые способны разрушать твердые покровы растительных клеток, и возвращают труднодоступную органику в круговорот веществ. Симбиотические же грибы образуют микоризу с большинством высших растений, помогая их корням в обмене веществ: вероятно, они были неотъемлемым фактором в освоении суши растениями. 

Однако предки грибов существовали задолго до расцвета растений. Это были микроскопические одноклеточные, которые выполняли не менее важную функцию в водных экосистемах, где господствовали водоросли. Родственные грибам одноклеточные и сейчас живут в микробных сообществах, играя роли редуцентов или паразитов мелких организмов — как взаимодействующие с высшими растениями грибы. 

Среди этих одноклеточных находятся и афелиды. Внешне это малопримечательные амебоидные или жгутиковые клетки, но они имеют заметное экологическое значение. Афелиды — это паразиты, которые могут опустошать целые популяции водорослей и буквально выедать их клетки изнутри. Изученные в работе ученых МГУ виды были выделены из естественных источников и пораженных культур водорослей, выращенных для производства биотоплива. В таких культурах на клетках водорослей можно наблюдать цисты афелид, которые отчетливо проявляются при окраске на хитин – характерный полимер клеточных стенок грибов. 

Сравнение геномов позволило выявить сходство ферментов, ответственных за синтез хитина у афелид и грибов, и связать общим происхождением их клеточные стенки. В то же время ферменты, способные расщеплять твердые целлюлозные стенки водорослей, практически отсутствуют в геномах афелид. Это наблюдение отражает стратегию питания афелид: они придирчиво поедают лишь внутренности клетки водоросли и оставляют после себя лишь оболочку, твердую стенку.

«Родство афелид с грибами долгое время оставалось неопределенным. При помощи масштабного мультигенного анализа с применением новых геномных данных нам удалось установить, что афелиды – это самые близкие родственники настоящих грибов. Близкое родство афелид и грибов дает уникальную возможность взглянуть на формирование отличительных особенностей грибов на заре их происхождения. Так, мы теперь знаем, что предок грибов обладал способностью к амебоидной подвижности и питанию фагоцитозом – эти свойства сохраняются у афелид, но были потеряны настоящими грибами в ходе их специализации к осмотрофному питанию», — рассказывает научный сотрудник отдела эволюционной биохимии НИИФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ Кирилл Михайлов. 

«В геномах афелид эти примитивные особенности предка прослеживаются в сохранении белковых комплексов WAVE и WASH, регулирующих сборку актинового цитоскелета и необходимых для клеточной подвижности и функционирования фагосом, — продолжает ученый. — Утрата этих комплексов совпадает с переходом к внеклеточному пищеварению при помощи гиф или ризоидов и появлению наземных грибов, размножающихся неподвижными спорами». 

Геномы афелид также служат хорошим примером того, как внешнее сходство может маскировать глубокое генетическое различие. Такие данные позволили исследователям увидеть колоссальный уровень отличий между двумя морфологически неразличимыми видами — Amoeboaphelidium protococcarum и Amoeboaphelidium occidentale. В процессе эволюции у этих афелид независимо друг от друга произошла потеря жгутиков, возникли различия в биосинтетических способностях и разница в используемом генетическом коде. 

Методы молекулярной датировки и филогенетики также помогли исследователям рассчитать возраст расхождения двух афелидных видов. Интервал составил 420–640 млн лет назад, что сравнимо с возрастом целых типов высших грибов. Теперь, по мнению ученых, необходимо пересмотреть представления об афелидах и их разнообразии, т.к. ранее эти моменты ускользали из-за несовершенства методов идентификации.

Информация предоставлена пресс-службой МГУ

Источник фото: ria.ru