Badania genetyczne odsłaniają tajemnice świata grzybów
Grzybami potocznie nazywamy najczęściej owocniki tzw. grzybów tworzących owocniki, u których charakterystycznym i dominującym elementem jest rozbudowana grzybnia – rozległa sieć strzępek, które żyją w glebie lub kolonizują obumarłe drzewa. „W pewnym momencie grzybnia postanawia wytworzyć owocnik w celu rozprzestrzenienia zarodników”, wyjaśnia Robin Ohm z Uniwersytetu w Utrechcie w Niderlandach, koordynator projektu Mushroomics. „Tak więc w przypadku grzybów, które napotykamy w lesie, to, co widzimy, to tak naprawdę tylko »wierzchołek góry lodowej«, ponieważ przeważająca część tego organizmu żyje pod ziemią”. Bardzo niewiele wiadomo o tym, jak grzyby wytwarzają tak piękne owocniki. Nie wiemy też, w jaki sposób decydują o miejscu, w którym powinien wyrosnąć owocnik, ani które geny biorą udział w tworzeniu tych skomplikowanych struktur.
Nowe techniki badania grzybów
Próbą odpowiedzi na te pytania zajął się zespół projektu Mushroomics, finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. „Byliśmy szczególnie zainteresowani klasą genów zwanych czynnikami transkrypcyjnymi”, zauważa Ohm. „Geny te mogą przyjmować rolę przełączników genetycznych i jako takie mogą regulować ważne procesy rozwojowe”. Wiele z tych czynników transkrypcyjnych nie było niczym nowym w momencie rozpoczęcia projektu, jednak zespół nie posiadał żadnej wiedzy na temat ich faktycznego wpływu na rozwój owocników. Jednym z powodów tej luki w wiedzy jest fakt, że historycznie bardzo trudno było prowadzić badania genetyczne dotyczące grzybów tworzących owocniki. Z tego względu zespół projektu musiał w pierwszej kolejności opracować nowe techniki genetyczne na potrzeby badania owocników – między innymi protokół CRISPR/Cas9, który pozwala na edycję genomu grzyba i usunięcie niektórych genów. Ponadto zespół poddał sekwencjonowaniu genomy kilku szczepów grzyba z gatunku rozszczepki pospolitej (Schizophyllum commune) i opracował techniki określające, w jaki sposób czynniki transkrypcyjne aktywują inne geny.
Kluczowe mechanizmy rozwoju owocników są już znane
Po opracowaniu tych technik Ohm i jego współpracownicy przystąpili do badania różnych aspektów rozwoju owocników. „Zbadaliśmy dziesiątki czynników transkrypcyjnych, z których wiele okazało się rzeczywiście odgrywać rolę w rozwoju owocników”, dodaje badacz. „Na przykład po usunięciu pewnych czynników transkrypcyjnych z genomu nie powstał żaden owocnik lub jego rozwój zatrzymał się na wczesnym etapie”. Jednym z kluczowych osiągnięć projektu było odkrycie czynnika transkrypcyjnego, który odgrywa ważną rolę w regulacji rozkładu drewna. Kiedy został on usunięty z genomu, grzyb nie rozkładał już ani nie trawił celulozy (głównego składnika drewna). „Okazuje się, że ten czynnik transkrypcyjny odpowiada za aktywację licznych genów w procesie kolonizacji drewna”, wyjaśnia Ohm. „Kilka z nich to znane enzymy rozkładające celulozę, ale zauważyliśmy też, że aktywowane były liczne nieznane nam wcześniej geny, które obecnie badamy”.
Bardziej wydajna i zrównoważona uprawa
Jednym z powodów, dla których to odkrycie jest tak ważne, jest fakt, że rozkład martwego drewna umożliwia recykling składników odżywczych. Innym ważnym powodem jest komercyjna uprawa wielu gatunków grzybów przeznaczonych do spożycia. Żywiąc się strumieniami odpadów rolniczych o niskiej wartości, takimi jak drewno, słoma i obornik, grzyby są w stanie przekształcić biomasę w żywność wysokiej jakości. „Pomimo ogromnego znaczenia grzybów niewiele dotychczas wiedzieliśmy o tym, jak faktycznie rozwijają się owocniki”, dodaje Ohm. „Nasze badania dostarczyły w tym zakresie fundamentalnej wiedzy”. Korzystając z technik opracowanych w ramach tego projektu, Ohm i jego zespół kontynuują badania dotyczące dodatkowych czynników transkrypcyjnych należących do sieci regulacyjnej. „Mamy nadzieję między innymi na to, że odkrycie nowych mechanizmów rozwoju grzybów ostatecznie doprowadzi do ich bardziej wydajnej uprawy”, mówi. „To może pozwolić na zmniejszenie spożycia mięsa przez społeczeństwo i zastąpienie go bardziej zrównoważoną alternatywą – grzybami”.
Słowa kluczowe
Mushroomics, genetyczny, grzyby, grzybnia, zarodniki, CRISPR, genom
