Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársai Nagy László vezetésével már évek óta vizsgálják a gombák és a növények között kialakult szimbiózis egyik formáját, a mikorrhizát. Ez a mindkét fél számára hasznos szimbiózis a növény gyökerén kialakuló kapcsolódás révén valósul meg. A mikorrhizás gombák egymástól függetlenül már többször megjelentek az evolúció során (konvergens evolúció), de hogy milyen „eszközökkel” valósítják meg ezt az életformát, az napjainkig nem volt tisztázott. A kutatók új cikke, amely 2020 októberében a Nature Communications-ban jelent meg, többek között erre a kérdésre is választ ad.

A légyölő galóca a mikorrhizás gombák egy tipikus képviselője, amely erdőalkotó fafajokkal él szimbiózisban. A mikorrhizás gombák hozzájárulnak a fák növekedéséhez és az erdők egészségéhez.

A most megjelent publikáció a folytatása annak az első, mikorrhizás gombákon végzett nagyszabású genomikai vizsgálatnak, amelynek eredményei 2015-ben a Nature Genetics-ben jelentek meg. Francis Martin (INRA-Nancy) vezetésével az ELKH SZBK Lendület Gomba Genomika és Evolúció Csoportja és a Joint Genome Institute (JGI, Igor Grigoriev) egy 135 gombagenomból álló adatbázist állított össze, amely egyedülálló lehetőséget nyújt a mikorrhizás életmód evolúciós hátterének a vizsgálatához. A projektben a JGI a genomok szekvenálását végezte, míg az SZBK részéről Nagy László és Kiss Enikő a növényi sejtfalat lebontó enzimrendszereket és a mikorrhizás életmód konvergens evolúciójának mechanizmusait vizsgálta. Arra keresték a választ, hogy az egymástól függetlenül megjelent mikorrhizás gombacsoportok mennyiben használnak hasonló vagy eltérő genetikai eszköztárat. Az eredményeik azt sugallják, hogy különbségek vannak az alkalmazott génkészletek között, ugyanakkor ezek a génszettek nem tekinthetők evolúciós újításoknak, mert már a mikorrhizaképzés megjelenése előtt is rendelkezésre álltak. Ezt a megállapítást az úgynevezett filosztratigráfia nyújtotta, amely a gének evolúciós korának megbecsülésére alkalmazott bioinformatikai módszer.

1. ábra: A mikorrhizás és a korhadékbontó gombákat összekötő törzsfa mellett jól látható a növényi sejtfal lebontásáért felelős gének alacsonyabb száma (hidegebb színek) a bekeretezett mikorrhizás gombacsoportokban. A növényi sejtfalat bontó enzimrendszerek génjeinek elvesztése a mikorrhizás gombák egyik tipikus evolúciós folyamata. (ábra a publikációból)

A mikorrhizás életmódra való átállás számos változást okozott a gombák életvitelében. A kutatások igazolták, hogy a gombák nagy mennyiségben expresszálnak kis méretű szekretált fehérjéket, amelyeknek a funkciója egyelőre ismeretlen, de feltehetően a növényi partnerrel való kommunikációban játszanak szerepet. A mikorrhizás gombák ugyanakkor elveszítették a növényi sejtfal bontásához szükséges enzimeket kódoló gének jelentős részét. Ezek a fajok olyan szaprotróf életmódú ősökből fejlődtek ki, amelyek rendelkeztek a faanyagok bontásához nélkülözhetetlen – és emiatt a bioüzemanyag-kutatásban is fontos – növényi sejtfalbontó enzimekkel. Az összehasonlító genomikai vizsgálatok viszont meglepő eredményt hoztak. Míg korábban azt gondoltuk, hogy a mikorrhizás gombák egyöntetűen megszabadultak ezektől az enzimektől, az új genomi adatok alapján arra lehet következtetni, hogy számos mikorrhizás faj mégiscsak megtartott különböző géneket, amelyek között feltételezhetően a faanyag és/vagy ligninbontásért felelősek is jelen vannak. Ez egy új felfedezés, ami azt sugallja, hogy a mikorrhizás gombák is hozzájárulnak az elhalt növényi anyagok lebontásához – ez eddig ismeretlen volt ezzel a gombacsoporttal kapcsolatban.

A további vizsgálatok arra irányulnak, hogy a kutatók megismerjék azokat a makro- és mikroevolúciós folyamatokat, amelyek a mikorrhizás gombák diverzifikációjának hátterében állnak, továbbá hogy a szimbiózishoz kötődő gének működéséről és feladatairól pontosabb képet kapjanak.