Ein Geistesblitz zur Untersuchung der Biolumineszenz von Pilzen
Von Glühwürmchen bis zu Quallen – die Natur ist voll von biolumineszenten Arten, die Licht aussenden, um zu kommunizieren, zu jagen oder Raubtieren auszuweichen. Dieses Phänomen ist zwar immer beeindruckend, aber seine Nutzung durch Pilze ist besonders interessant. Das liegt daran, dass die meisten biolumineszenten Pilzarten zu Mycena gehören, einer sehr vielfältigen Gattung kleiner Pilze. „Einzigartig ist, dass die 78 verschiedenen biolumineszenten Pilze dieser Gruppe nicht eng miteinander verwandt zu sein scheinen, was auf eine komplexe Geschichte des Verlusts der Biolumineszenz innerhalb der Arten hindeutet“, erklärt Jorinde Nuytinck, Forscherin am Naturalis Biodiversity Center. Das Problem ist, dass das Fehlen eines soliden phylogenetischen Rahmens in Verbindung mit der Tatsache, dass die Gattung extrem schwer zu fassen ist, es fast unmöglich gemacht hat, dieser Theorie nachzugehen. Zumindest bis jetzt. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts GLiMMer erstellte Nuytinck zusammen mit ihrer Kollegin Brigida Gallone die erste genombasierte und artenreiche Klassifizierung von Mycena. Diese Forschungsarbeit wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt.
Große Sammlung kleiner Pilze
Zu Projektbeginn wurde eine große Sammlung von Mycena-Arten zusammengestellt. Die Probenahme im Rahmen des Projekts erfolgte in erster Linie aus Fungarium-Präparaten, umfasste aber auch Proben, die durch Bürgerwissenschaft gesammelt wurden. Um die geografische und ökologische Breite der Probenahme zu erhöhen, wurden bei dabei vorrangig Exemplare aus nicht gemäßigten Regionen zusammengetragen. „Es ist wichtig, eine Verzerrung bei der Probenahme zu vermeiden, da wir nicht wussten, ob Mycena aus gemäßigten oder tropischen Regionen stammten“, sagt Gallone, die Hauptforscherin des Projekts. Anschließend extrahierten die Forschenden genomische DNS aus allen Proben. Dieser Prozess hat nicht nur nahegelegt, dass die Pilz-DNS historischer Exemplare stark degradiert und fragmentiert ist, sondern gestattete auch die Erstellung von Genomsequenzen und Annotationen für 10 neue Mycena-Exemplare. „Aus dieser Arbeit konnten wir schließen, dass die Vielfalt der Mycena-Pilze weit über die derzeit bekannte Vielfalt hinausgeht“, fügt Gallone hinzu.
Genomweite Daten sind der Schlüssel zur Lösung von Fragen der Pilzevolution
Auf der Grundlage solcher Erkenntnisse wurde der erste „Museomik“-Ansatz zur Gewinnung von genomweiten Daten anhand historischer Pilzpräparate entwickelt. Der Ansatz sieht einen speziellen Satz von Sonden vor, die als Lockmittel bezeichnet werden, um die Zielregionen für die gesamte Sammlung ausgewählter Mycena-Exemplare zu erfassen und zu sequenzieren. Mit diesem Ansatz wurde die erste genombasierte phylogenetische Hypothese für die Gattung Mycena aufgestellt. „Genomweite Daten werden dringend benötigt, um wichtige evolutionäre Fragen im Pilzreich zu klären, und unser Museomik-Ansatz ebnet den Weg zur Erforschung einer Fundgrube von Pilzen“, bemerkt Gallone.
Neue Erkenntnisse über die Biolumineszenz
Wenn alle Ergebnisse zusammengeführt werden, erwarten die Forschenden, dass ihre genombasierte phylogenetische Hypothese mehr als 200 Arten umfassen wird. „Durch diesen innovativen phylogenomischen Rahmen können wir die Diversifizierung des Biolumineszenz-Clusters auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Fehlens seiner Schlüsselkomponenten in einer großen Anzahl von Arten untersuchen“, so Gallone. Die Forschenden planen, ihre Museomik-Methode weiterhin einzusetzen, um eine neue und stabile Klassifizierung für die Gattung Mycena und andere Pilzgruppen zu erstellen. Die im Rahmen des Projekts GLiMMer erzielten Ergebnisse werden ebenso die Grundlage für künftige Projektideen und Kooperationen bilden, die sich auf ein breiteres Spektrum der Pilzvielfalt konzentrieren. „Trotz des sehr grundlegenden Charakters dieses Projekts haben wir Methoden bereitgestellt, die eine enorme natürliche Vielfalt erschließen, die zur Entschlüsselung der Evolution, zur Charakterisierung neuer Biosynthesewege und zur Neudefinition der Artenzuordnung in einer Gattung genutzt werden kann, die bei der Erhaltung dringend Prioritäten setzen muss“, fasst Gallone zusammen.
Schlüsselbegriffe
GLiMMer, Biolumineszenz, Pilze, biolumineszent, Mycena, Bürgerwissenschaft, genomweite Daten
