沈其榮教授團隊揭示真菌孢子傳播和進化權衡分子機制
南京農業大學資環學院沈其榮教授團隊以木霉菌為研究材料,通過生態遺傳學方法,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,進而影響其環境適應性與物種分化的分子機制, 真菌進化生物學由于化石證據的缺乏、群體間生活史迥異以及同時具有無性和有性生殖現象等問題而發展相對緩慢;另一方面,也正是因為這些獨有的特性,真菌具有高度生態可塑性,因而可作為進化生物學研究的極佳對象。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”而實現孢子的風媒傳播等功能。研究人員針對姐妹種木霉T. harzianum(Th)和T. guizhouense(Tg)的高表達hfb基因(hfb4和hfb10)構建了基因敲除突變體庫,并分別對突變體進行了風媒和水媒的傳播模擬試驗,發現不同菌種有各自偏好的傳播方式。研究人員對突變子進行抗逆性、生長和繁殖能力測試,發現HFB4的移除不僅顯著影響真菌的生態適應性(Fitness),且同一HFB對真菌適應性的貢獻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)進行了自然選擇壓力計算,發現來自Th的hfb4受到強正向選擇壓力驅使。結合其生理生態習性(圖1),研究人員猜測,Tg可能起源于水生環境,其孢子為脫離親代生境,需要通過風媒傳播至別處,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行傳播,其確切的傳播偏好有待進一步研究。在整個進化歷程中,hfb4對菌株生態適應性的凈貢獻率是物種多個指標或特性進化權衡(compromise)的結果,例如hfb4的存在可提高Tg孢子的風媒傳播能力,但卻會相應“犧牲”掉一些耐低溫特性。 在本研究中,研究人員結合人工智能(AI)技術開發了一套可高通量監測絲狀真菌生長和繁殖能力的技術集合——REPAINT。REPAINT技術不僅擴充了真菌環境適應性評價體系的指標內容,使基于純培養方式的數據采集實現高通量智能化和標準化,而且允許針對不同真菌類群實行定制化調整。
南京農業大學
2021-02-01