沈其榮教授團(tuán)隊(duì)揭示真菌孢子傳播和進(jìn)化權(quán)衡分子機(jī)制
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院沈其榮教授團(tuán)隊(duì)以木霉菌為研究材料,通過生態(tài)遺傳學(xué)方法,解析了一類表面活性小分子蛋白Hydrophobin(HFB)參與真菌分生孢子傳播,進(jìn)而影響其環(huán)境適應(yīng)性與物種分化的分子機(jī)制, 真菌進(jìn)化生物學(xué)由于化石證據(jù)的缺乏、群體間生活史迥異以及同時具有無性和有性生殖現(xiàn)象等問題而發(fā)展相對緩慢;另一方面,也正是因?yàn)檫@些獨(dú)有的特性,真菌具有高度生態(tài)可塑性,因而可作為進(jìn)化生物學(xué)研究的極佳對象。高等絲狀真菌通過在分生孢子表面“涂”上一層由表面活性小分子蛋白HFB組成的“疏水涂層”而實(shí)現(xiàn)孢子的風(fēng)媒傳播等功能。研究人員針對姐妹種木霉T. harzianum(Th)和T. guizhouense(Tg)的高表達(dá)hfb基因(hfb4和hfb10)構(gòu)建了基因敲除突變體庫,并分別對突變體進(jìn)行了風(fēng)媒和水媒的傳播模擬試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同菌種有各自偏好的傳播方式。研究人員對突變子進(jìn)行抗逆性、生長和繁殖能力測試,發(fā)現(xiàn)HFB4的移除不僅顯著影響真菌的生態(tài)適應(yīng)性(Fitness),且同一HFB對真菌適應(yīng)性的貢獻(xiàn)力即便在遺傳背景相近的菌株間也差異顯著。基于此,研究人員分別對兩個種群的hfb4(及hfb10)進(jìn)行了自然選擇壓力計(jì)算,發(fā)現(xiàn)來自Th的hfb4受到強(qiáng)正向選擇壓力驅(qū)使。結(jié)合其生理生態(tài)習(xí)性(圖1),研究人員猜測,Tg可能起源于水生環(huán)境,其孢子為脫離親代生境,需要通過風(fēng)媒傳播至別處,且在高空中傳播要求其孢子可以耐低溫和UV照射,Tg具有上述特征;而Th則更偏向于利用雨水或昆蟲進(jìn)行傳播,其確切的傳播偏好有待進(jìn)一步研究。在整個進(jìn)化歷程中,hfb4對菌株生態(tài)適應(yīng)性的凈貢獻(xiàn)率是物種多個指標(biāo)或特性進(jìn)化權(quán)衡(compromise)的結(jié)果,例如hfb4的存在可提高Tg孢子的風(fēng)媒傳播能力,但卻會相應(yīng)“犧牲”掉一些耐低溫特性。 在本研究中,研究人員結(jié)合人工智能(AI)技術(shù)開發(fā)了一套可高通量監(jiān)測絲狀真菌生長和繁殖能力的技術(shù)集合——REPAINT。REPAINT技術(shù)不僅擴(kuò)充了真菌環(huán)境適應(yīng)性評價體系的指標(biāo)內(nèi)容,使基于純培養(yǎng)方式的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)高通量智能化和標(biāo)準(zhǔn)化,而且允許針對不同真菌類群實(shí)行定制化調(diào)整。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
2021-02-01