Ablak bezárása X

Eötvös 2020+: az Akadémia nagyot lépett a Kormány innovációs céljainak támogatásában

Hidegen hagyta a gombákat a dinoszauruszok kihalásához vezető esemény

Hogy alakulhatott a ma élő gombafajok evolúciója, voltak-e fajképződési robbanások és tömeges kihalási események, és milyen szabályszerűségek szerint alakul a gombák sokfélesége a Föld különböző pontjain? Ezeknek a kérdéseknek eredt nyomába Nagy László, Varga Torda, Krizsán Krisztina és az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontban működő Lendület Gomba Genomika és Evolúció Csoport többi tagja most megjelent tanulmányukban, mely a Nature Ecology and Evolution folyóirat címlapjára került.

2019. április 2.

A mai élőlények fajképződési események és kihalások sorozatainak köszönhetően jöttek létre. Az eredeti publikáció itt érhető elA Föld története során az ilyen események nem egyenletes sebességgel történtek: ma már elfogadott, hogy mind a növények, mind az állatok evolúciója során voltak kiemelt időszakok, amikor rövid idő alatt sok fajképződés vagy sok kihalás történt. Az ilyen periódusokat fajképződési robbanásokként és tömeges kihalásokként tartjuk számon.

Az MTA Lendület Gomba Genomika és Evolúció Kutatócsoport. Középen Nagy László, mellette balra piros pólóban Varga Torda, jobbra kettővel világoskék felsőben Krizsán Krisztina Forrás: MTA SZBK

A gombák esetében azonban a kutatók kevés ilyen információval rendelkeztek, részben azért, mert a gombák termőtestei nagyon rosszul fosszilizálódnak, így nem álltak rendelkezésre olyan fosszíliasorozatok, amelyekből rekonstruálni lehetett volna a fajképződés időbeli dinamikáját. Ebben jelentenek áttörést a törzsfák és a filogenetikai összehasonlító módszerek:

egy törzsfa minden elágazása egy fajképződési eseménynek felel meg, abból pedig, hogy az elágazások milyen közel helyezkednek el egymáshoz, kiszámolható a fajképződés sebessége.

A szegedi kutatók éppen ezt kihasználva vizsgálták a gombák evolúciós mintázatait.

Hatalmas fa rengeteg gombával

Az ilyen vizsgálatokhoz szükség van az adott csoportot minél jobban reprezentáló evolúciós törzsfára. A nemzetközi konzorcium és több mint 60 szerző – köztük David S. Hibbett, Santiago Sanchez-Ramirez, a Joint Genome Institute munkatársai és még sokan mások – részvételével lezajlott munka alapja éppen ezért egy kiterjedt, 5284 fajt tartalmazó filogenetikai adatsor volt. Ez az adatsor az eddigi legnagyobb felbontásban fedi le az Agaricomycetes osztályt, mely a legtöbb makroszkopikus, termőtestképző gombát tartalmazza.

Maga az adatgyűjtés 4 évet vett igénybe, és számos forrásra támaszkodott. A hatalmas filogenetikai törzsfák számítása amellett, hogy elképesztő számítógép-igényes folyamat, nagy kihívást jelent biológiai szempontból is: minél több faj van az adatsorban, annál nehezebb megbízható törzsfákat becsülni. Hogy a kapott törzsfák megbízhatósága nagy legyen, a szegedi kutatók teljesgenom-adatokat hívtak segítségül. A rendelkezésükre álló 106 gombagenom segítségével egy szűkebb, de nagyon megbízható filogenetikai adatsort hoztak létre, ami kombinálva az 5284 fajt tartalmazó adatsorral nagyban növelte a megbízhatóságát.

A gombák törzsfája a több mint 5000 fajt tartalmazó filogenetikai adatsor alapján Forrás: Varga et al.

Hogy a szegedi kutatók a termőtestképző gombák evolúciós történetét rekonstruálni tudják, a törzsfa ághosszának az idő múlását kellett ábrázolnia. Ezt az úgynevezett molekuláris óra elvével oldották meg, azaz ha a gének mutációs rátája egyenletesen „ketyeg”, akkor a rokon fajok közötti genetikai különbség alapján megállapítható az elválásuk óta eltelt idő. A munkát nehezítette, hogy a molekuláris óra „ketyegése” ritkán egyenletes, valamint hogy óriási adatmennyiségen dolgoztak, így egyetlen eddig használt módszerrel sem volt lehetséges a gyors és precíz időkalibráció.

Ezért a Szöllősi Gergely által vezetett MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomika kutatócsoporttal közösen kidolgoztak egy elemzéssorozatot, amellyel elsőként a törzsfa egytizedén végeztek lassú, de nagy pontosságú számításokat, később pedig ezekkel a precíz adatokkal korrigálták az egész törzsfát magába foglaló gyors, de kevésbé pontos elemzés eredményét.

Az időkalibrációt követően a szegedi kutatók megvizsgálhatták a gombák fajképződésének és kihalásának időbeli dinamikáját. Elemzésük egy jura kori, 200–145 millió évvel ezelőtti fajképződési robbanást tárt fel, amelyet számos környezeti, illetve morfológiai változással hoztak összefüggésbe. A vizsgálatba bevont 5284 gombafaj jelenkori morfológiai jellegét és a fajok evolúciós történetét vizsgálva például azt találták, hogy a jura elején kizárólag egy rendkívül egyszerű, aljzaton elterülő, kéregszerű – úgynevezett reszupinátus termőtest volt jellemző, míg a korszak közepén már bonyolultabb morfológiát mutató termőtesttípusok is előfordultak. Idetartozott a legismertebb, ún. agaricoid termőtest, amelyet egyszerűen csak „kalaposgombaként” ismerünk.

Változékony kalaposok

Az adatokat tovább elemezve azt találták, hogy az agaricoid termőtestű gombáknak magasabb fajképződési rátájuk volt, mint más, egyszerűbb morfológiát mutató gombáknak,

tehát a kalap és a tönk kialakulása elősegíthette új fajok kialakulását és elterjedését.

De a morfológiai újítások mellett a környezeti tényezők is hozzájárulhattak a fajképződési robbanáshoz. Például a kutatók által talált mintázat egybeesik egy melegebb és csapadékosabb jura kori klíma megjelenésével, valamint a nyitva termő növények tömeges elterjedésével is. Ez utóbbi azért érdekes, mert a gombák jelentős része növényi anyagok lebontásával jut szerves szénforráshoz, s ezért egy növénycsoport tömeges elterjedése indukálhatja gombafajok tömeges elterjedését, így fajképződési rátájának növekedését is. Ezzel összhangban a szegedi kutatók azt találták, hogy a jura korban élő gombafajok nagy része nyitva termő növények szerves anyagait használva élt.

Forrás: istockphoto.com

Kihalás másképpen

A kutratók meglepő eredményekre jutottak a termőtestképző gombák kihalási rátájának vizsgálata közben is. Nem találták például jelét annak a 65 millió évvel ezelőtt történt tömeges kihalási eseménynek (amit „Cretaceous/Tertiary Mass Extinction Event”-ként vagy K/Pg eseményként ismerünk), melynek során számos növényi és állati csoport, köztük a dinoszauruszok jelentős része kihalt. Volt viszont bizonyíték egy jóval korábbi, jura kori tömeges kihalási eseményre.

Összességében a tanulmány rámutat arra, hogy a jura nemcsak a dinoszauruszok, hanem a termőtestképző gombák számára is kitüntetett földtörténeti kor volt, amikor több olyan jelentős evolúciós esemény ment végbe, amely ma megfigyelhető morfológiai és ökológiai sokféleségük kialakulásához vezetett.

Mitől lesz igazán komplex a gomba?

A szegedi kutatók egy másik, szintén nemrég megjelent A PNAS-ben megjelent publikáció itt érhető elmunkájukban gombák soksejtűségének komplexitási szintjeit vizsgálták, pontosabban azt, hogy milyen gének állnak a komplex soksejtűség mögött gombák esetében, és ezek az evolúció során hol jelentek meg. Arra voltak kíváncsiak, hogy a gombák soksejtű termőtesteinek – ezeket ismerjük a természetből és a boltok polcairól egyszerűen csak gombaként – kialakulása mögött milyen genetikai elemek állnak.

A termőtestek a komplex soksejtűségként ismert szerveződési szinten állnak, akárcsak a makroszkopikus növények és állatok, azonban van köztük egy fontos különbség: míg utóbbiak esetében a komplex soksejtűség a teljes egyedet magába foglalja, addig a gombák termőtestei ivaros szaporítóképletek, amelyek csak időlegesen jelennek meg.

Gombatenyészet egy Petri-csészében az MTA Szegedi Biológiai Központ Lendület Gomba Genomika és Evolúció Kutatócsoport laborjában Forrás: mta.hu/Szigeti Tamás

Maga a gombaegyed a talajban él, és sokkal egyszerűbb szerveződési szinten áll, majd különböző jelek (pl. fogyóban lévő tápanyag) hatására fejleszt termőtestet. A termőtestképzés a laborban indukálható, így a folyamat élőben vizsgálható, ellentétben az állatokkal és növényekkel, ahol a soksejtűség megértéséhez több százmillió éves eseményeket kell rekonstruálni. Ezt az előnyt kihasználva a szegedi csoport több mint 200 teljes genom és 6 modellfaj génexpressziós mintázatainak összehasonlításával azonosította a komplex soksejtűség kifejlődésében részt vevő géneket, különös tekintettel azokra, amelyek több vizsgált fajban is megjelennek, vagyis evolúciósan megőrzöttek.

Számos, sejtek közötti kommunikációban, azok közti kooperációban és a génkifejeződés szabályozásában részt vevő géncsaládot azonosítottak. Az is kiderült, hogy jóllehet a gombák soksejtűsége számos hasonlóságot mutat az állatok és növények soksejtűségével, sok alapvető különbség is fennáll köztük, többek között a komplexitást meghatározó géncsaládokban.

A gombák tehát a soksejtű élőlények egy teljesen különálló csoportját alkotják, és sok újdonságot árulhatnak még el a nagy evolúciós átmenetek genetikai hátteréről.

Mivel pedig a gombák termőtestei étrendünkben is fontos szerepet töltenek be, a kutatás eredményei tudatosabb, célzott nemesítő programok révén idővel a boltok polcain is megjelenhetnek.

További információ

Nagy László, kutatócsoport-vezető, MTA SZBK Biokémiai Intézet, Szintetikus és Rendszerbiológiai Egység, Gomba Genomika és Evolúció Csoport
cortinarius2000@gmail.com
+36 62 599 633

Varga Torda, MTA SZBK Biokémiai Intézet, Szintetikus és Rendszerbiológiai Egység, Gomba Genomika és Evolúció Csoport
varga.torda@gmail.com
+36 62 599 641