在森林土壤中，木材分解真菌、枯枝落葉分解真菌和外生菌根真菌形成錯綜復雜的菌絲網(wǎng)絡(luò)。作為有機物的分解者，腐生真菌對森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動發(fā)揮不可替代的作用。作為植物的共生伙伴，外生菌根真菌可以將植物光合作用合成的碳水化合物轉(zhuǎn)移到土壤微生物群落中，供微生物利用。研究腐生真菌和共生真菌在碳源、氮源獲取和有機質(zhì)降解方面的異同，將有助于認識生態(tài)系統(tǒng)中不同營養(yǎng)類型真菌參與的生態(tài)過程和功能。

牛肝菌目是傘菌綱中物種最豐富的類群之一，包括5個亞目，16個科，約1000個物種，廣布全球，往往在森林演替后期出現(xiàn)。該目絕大多數(shù)為共生型的外生菌根真菌，宿主植物多樣，但基部類群為腐生型的褐腐真菌，是研究真菌營養(yǎng)類型演變的理想對象。在對該目代表性物種基因組測序的基礎(chǔ)上，通過比較基因組學分析，研究發(fā)現(xiàn)牛肝菌目物種從褐腐習性轉(zhuǎn)向外生菌根共生習性的進化過程中，在基因組水平發(fā)生了三個創(chuàng)新：（1）顯著性地丟失了植物細胞壁降解酶系的關(guān)鍵基因，但仍保留了降解的一定能力，雖然營共生習性的支系情況各不相同；（2）發(fā)生了轉(zhuǎn)座元件的擴張，促進了編碼蛋白酶、脂酶和小分泌蛋白等基因的形成；（3）在晚中新世，共生型的牛肝菌科和乳牛肝菌亞目物種發(fā)生了明顯基因擴張，可能與宿主植物或牛肝菌生境偏好有關(guān)。

該研究由中國科學院昆明植物研究所楊祝良研究團隊和法國國家農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境研究院南錫中心Francis Martin團隊合作完成，相關(guān)研究成果以Evolutionary innovations through gain and loss of genes in the ectomycorrhizal Boletales為題，在線發(fā)表在New Phytologist上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、中科院國際合作局對外合作重點項目、國家自然科學基金面上項目、中科院青年創(chuàng)新促進會項目、國家留學基金管理委員會等的支持。

圖1.牛肝菌目代表物種的基因組組裝和注釋結(jié)果

圖2.牛肝菌目代表物種的分泌蛋白組特征

圖3.牛肝菌目不同營養(yǎng)類型真菌相關(guān)基因間的置換多元方差分析

圖4.基于Kimura距離的轉(zhuǎn)座元件差異分析（紅色：外生菌根真菌，藍色：褐腐真菌）

圖5.牛肝菌屬物種共線性分析（a,b）和轉(zhuǎn)座元件與分泌型蛋白基因在基因組上的平均距離分析（c）

圖6.牛肝菌目物種基因復制歷史重建（a）和演化過程中基因復制速率的變化（b）

論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17858

來源|中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室