Błyskotliwy pomysł na badanie bioluminescencji u grzybów
W przyrodzie występuje mnóstwo bioluminescencyjnych gatunków, od świetlików po meduzy — emitują one światło, aby się komunikować, polować lub unikać drapieżników. Chociaż zjawisko to jest zawsze interesujące, jego wykorzystanie przez grzyby jest szczególnie fascynujące. Dzieje się tak, ponieważ większość bioluminescencyjnych gatunków grzybów należy do rodzaju Mycena, obejmujące bardzo różnorodne małe grzyby tworzące owocniki. „Wyjątkowe jest to, że 78 różnych bioluminescencyjnych grzybów w tej grupie nie wydaje się być blisko spokrewnionych ze sobą, co sugeruje złożoną historię utraty bioluminescencji u różnych gatunków” — wyjaśnia Jorinde Nuytinck, badaczka z Centrum na rzecz bioróżnorodności Naturalis. Niestety przetestowanie tej teorii jest niemal niemożliwe, ze względu na problemy związane z brakiem solidnych ram filogenetycznych oraz niezwykłą nieuchwytnością tego rodzaju grzybów. Tak było przynajmniej do teraz. Przy wsparciu finansowanego ze środków UE projektu GLiMMer, Nuytinck, wraz ze swoją współpracowniczką Brigidą Gallone, stworzyła pierwszą opartą na genomie i bogatą w gatunki klasyfikację rodzaju Mycena. Realizację projektu umożliwiło wsparcie w ramach programu działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Duża kolekcja małych grzybów
Na początek w ramach projektu zebrano dużą kolekcję gatunków Mycena. Chociaż próbki pobrane w ramach projektu pochodziły głównie z okazów fungarium, obejmowały również okazy zebrane przez naukowców-wolontariuszy. Aby zwiększyć geograficzny i ekologiczny zasięg pobierania próbek, w kolekcji priorytetowo potraktowano okazy pochodzące z regionów innych niż te o klimacie umiarkowanym. „Ważne jest, aby uniknąć stronniczości w próbkowaniu, ponieważ nie wiedzieliśmy, czy rodzaj Mycena pochodzi z klimatu umiarkowanego czy tropikalnego” — mówi Gallone, która była główną badaczką projektu. Następnie naukowcy wyodrębnili genomowe DNA ze wszystkich próbek. Proces ten nie tylko ujawnił, że DNA fungarium z historycznych okazów jest wysoce zdegradowane i sfragmentowane, ale także pozwolił na opracowanie zespołów genomów i adnotacji dla 10 nowych okazów Mycena. „Na podstawie tych prac byliśmy w stanie stwierdzić, że różnorodność grzybów Mycena wykracza daleko poza obecnie znaną różnorodność” — dodaje Gallone.
Dane w skali genomu kluczem do rozwiązania kwestii ewolucji grzybów
Na podstawie m.in. takich rozwiązań w ramach projektu opracowano pierwsze podejście „muzeomiczne” w celu wygenerowania danych w skali genomu, wykorzystując historyczne gatunki grzybów. Podejście to wykorzystuje niestandardowy zestaw zwany „łapaniem na przynętę” oraz sekwencjonuje regiony docelowe dla całego zbioru wybranych okazów z rodzaju Mycena. Zastosowanie tego podejścia umożliwiło zespołowi projektowi skomponowanie pierwszej hipotezy filogenetycznej na podstawie genomu dla rodzaju Mycena. „Dane w skali genomu są bardzo potrzebne, aby rozstrzygnąć kluczowe kwestie dotyczące ewolucji w królestwie grzybów, a nasze muzeoiczne podejść otwiera drzwi do prawdziwego skarbca fungariów” — zauważa Gallone.
Nowe spostrzeżenia dotyczące bioluminescencji
Naukowcy oczekują, że po połączeniu wszystkich wyników ich hipoteza filogenetyczna oparta na genomie obejmie ponad 200 gatunków. „Te innowacyjne ramy filogenomiczne pozwolą nam zbadać dywersyfikację klastra bioluminescencji w oparciu o obecność lub brak jego kluczowych składników w dużym zestawie gatunków” — zauważa Gallone. Naukowcy planują dalsze wykorzystywanie metodologii muzeomiki w celu stworzenia nowej i stabilnej klasyfikacji dla rodzaju Mycena i innych grup grzybów. Wyniki uzyskane podczas projektu GLiMMer będą stanowić także podstawę dla przyszłych pomysłów projektowych i współpracy skoncentrowanej na szerszym zakresie różnorodności grzybów. „Chociaż projekt ten ma charakter bardzo podstawowy, zapewniliśmy metody, które pozwoliły dotrzeć do ogromnej naturalnej różnorodności, a które można wykorzystać do odszyfrowania zagadek ewolucji, charakteryzacji nowych szlaków biosyntetycznych oraz zdefiniowania na nowo przypisania gatunków wewnątrz rodzaju, który wymaga pilnie uznania za priorytet w ochronie gatunkowej” — podsumowuje Gallone.
Słowa kluczowe
GLiMMer, bioluminescencja, grzyby, bioluminescencyjne, Mycena, owocniki, naukowcy-wolontariusze, dane w skali genomu
