Innovation génomique dans l'Arctique : comment les champignons mycènes s'adaptent et prospèrent

Certaines souches de Mycena vivant dans l’Arctique possèdent certains des plus grands génomes de champignons jamais décrits.

Les champignons Mycena présentent des génomes étonnamment grands, en particulier dans l'Arctique espècessuggérant une adaptabilité génétique et un rôle important dans la dynamique des écosystèmes et les relations symbiotiques potentielles.

Mycena dévoile sa surprenante diversité génétique

Une étude de plusieurs Mycènes espèces de champignons rapportées dans la revue Génomique cellulaire a découvert que leurs génomes étaient étonnamment grands. Alors que l’on pensait que les champignons étaient purement saprotrophes – vivant uniquement en dégradant la matière organique morte – la découverte suggère qu’ils pourraient plutôt avoir un ensemble de gènes leur permettant de s’adapter à différents modes de vie lorsque les circonstances changent. Fait intéressant, ils présentent certaines Mycènes Les souches vivant dans l’Arctique possèdent certains des génomes de champignons les plus grands jamais décrits.

Ces champignons présentent une croissance généralisée dans tout leur génome. Cela inclut non seulement les gènes qui les aident à envahir ou à interagir avec les plantes et à décomposer le carbone, mais aussi les gènes dont les fonctions ne sont pas encore connues mais qui sont probablement importantes. De plus, ils possèdent de nombreux éléments répétitifs non codants et des gènes qu'ils ont acquis d'autres champignons non apparentés par transfert horizontal de gènes.

Adaptations arctiques des génomes mycéniens

« Le Mycènes « Des échantillons ont été collectés en Europe du Nord et l'un de nos collaborateurs a recueilli des échantillons de la région arctique. Trois d'entre eux ont été séquencés avec succès et nous avons découvert que ces espèces arctiques contenaient des génomes significativement plus grands que les espèces ordinaires de Mycena », explique le Dr Shingo Miyauchi, co-auteur principal de l'unité de biologie évolutive et synthétique de l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa (OIST). « Ma première impression était que ce n'était pas normal, nous avons donc contacté nos collaborateurs qui ont vérifié l'exactitude de l'assemblage du génome. Nous avons alors conclu que ces génomes très étendus étaient uniques à certaines espèces arctiques. Mycènes espèces. »

Le Dr Shingo Miyauchi, scientifique à l'unité de biologie évolutive et synthétique de l'OIST, met en valeur ses compétences en matière de visualisation de données en les combinant à sa passion pour l'art. Il intègre des palettes de couleurs et des esthétiques inspirées d'artistes renommés, comblant ainsi le fossé entre la science et la créativité artistique. Crédit : OIST

Conséquences de la taille du génome sur l'adaptation

« L’évolution nous apprend que les traits non avantageux ont tendance à disparaître avec le temps. Il est donc évident que l’adaptabilité et le généralisme de ces grandes structures génomiques doivent constituer un avantage pour ces champignons », ajoute Francis Martin de l’INRAE ​​(Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement) et de l’Université de Lorraine à Champenoux, en France. « Et ce, malgré les coûts liés à la possession d’un génome volumineux comportant de nombreuses caractéristiques potentiellement inutiles qui doivent être répliquées à chaque division cellulaire. Cela peut être particulièrement vrai dans un environnement extrême comme l’Arctique, comme on le voit également chez les plantes. »

Motivations et méthodologie de l'étude

Les chercheurs ont entrepris d'étudier Mycènes en raison de leur rôle de principaux décomposeurs de litière et de feuilles dans les écosystèmes forestiers. Malgré leurs minuscules fructifications, Mycènes jouent un rôle important dans le cycle global du carbone. On a longtemps pensé que ce groupe de champignons se nourrissait uniquement de matière organique morte, mais on a récemment découvert que certaines espèces vivent également d'interactions coopératives ou parasitaires avec des plantes vivantes.

Les mycènes sont également bioluminescents, c'est-à-dire qu'ils brillent dans le noir. Des travaux antérieurs décrivant les génomes de cinq espèces de Mycènes avaient étudié ce phénomène. Pour en savoir plus sur leurs habitudes de vie directes, les chercheurs voulaient maintenant étudier une large palette d'espèces de Mycènes ayant différentes préférences en matière de substrats.

Des études approfondies sur le génome révèlent de nouvelles perspectives

Dans la nouvelle étude, ils ont généré de nouvelles séquences génomiques pour 24 autres Mycènes espèce et une espèce apparentée maintenant connue sous le nom de Atheniella floridulaLes espèces incluses représentent six catégories de pourrisseurs : les généralistes du bois, les pourrisseurs de bois à feuilles larges, les généralistes de litière d'herbe, les pourrisseurs de litière à feuilles larges, les pourrisseurs de litière de conifères et les généralistes de litière en général. L'étude comprenait également trois espèces arctiques.

Ils ont ajouté leurs nouveaux génomes à 33 génomes supplémentaires d'espèces autres que Mycena. Ils voulaient comprendre comment les génomes avaient évolué et s'étaient développés au cours de l'évolution et comment les espèces pouvaient différer dans leurs enzymes de dégradation des parois cellulaires végétales en fonction de leurs habitudes de vie.

Des génomes d'une taille sans précédent chez les espèces de l'Arctique

Ils ont été surpris de constater que Mycènes Les chercheurs ont montré une expansion massive du génome, affectant toutes les familles de gènes, indépendamment de leurs habitudes. Cette expansion semble avoir été provoquée par l'émergence de nouveaux gènes ainsi que par des duplications de gènes, des collections élargies de gènes produisant des enzymes pour la dégradation des polysaccharides, la prolifération d'éléments transposables et des transferts horizontaux de gènes à partir d'autres espèces fongiques. Ils ont également découvert que deux espèces collectées dans l'Arctique avaient de loin les génomes les plus volumineux, d'une taille deux à huit fois supérieure à celle des Mycena vivant dans les zones tempérées.

Les chercheurs ont été particulièrement surpris de constater que les génomes des espèces arctiques s’étendaient considérablement au-delà de la taille générale Mycènes expansion. De plus, ils ont découvert que Mycènes Les champignons ont acquis des gènes d'Ascomycètes par transfert horizontal de gènes. Ces espèces sont également présentes dans les régions tempérées, mais on ignore encore si leur grande taille est due à des caractéristiques spécifiques de l'espèce ou à un effet lié à l'environnement arctique.

Le rôle des facteurs environnementaux dans les variations génomiques

Cependant, il a été démontré que certaines plantes de l’Arctique gonflent leur génome avec des éléments transposables, ou dupliquent simplement leur génome entier par rapport à leurs proches parents des zones tempérées, et il est bien sûr tentant de suggérer qu’une évolution parallèle similaire pourrait se produire chez les champignons de l’Arctique.

Observations en cours sur les adaptations évolutives de Mycena

« On pense généralement que la transition évolutive des champignons décomposeurs aux champignons symbiotiques s'est produite en parallèle dans plusieurs groupes fongiques au cours de l'évolution il y a des millions d'années », explique Håvard Kauserud de l'Université de Californie à Los Angeles. Université d'OsloNorvège. « Cependant, avec Mycènesnous semblons voir ce processus graduel en action se dérouler sous nos yeux.

La structure génomique flexible de Mycena reflète des modes de vie variés

« Nous savons grâce à d’autres lignes de recherche que Mycènes« Contrairement à de nombreux autres champignons, les champignons peuvent adopter plus d’un mode de vie possible. Les résultats suggèrent que ces multiples modes de vie possibles se reflètent également dans la structure de leur génome », a déclaré Christoffer Bugge Harder, co-auteur principal à l’Université d’Oslo.

Ces résultats ont également des implications importantes pour les efforts visant à comprendre les habitudes d’un organisme à partir des seules séquences de son génome.

Orientations futures et applications biotechnologiques

En tant que data scientist et passionnée d’art visuel, la Dre Miyauchi aime faire preuve de créativité dans la visualisation des données : « J’ai passé deux ans à comparer les caractéristiques du génome fongique pour cette étude et j’ai été inspirée par les couleurs de ces minuscules champignons. Les figures que j’ai créées ont été influencées par l’impressionniste français du XIXe siècle, Pierre-Auguste Renoir. »

Il travaille actuellement sur un projet de séquençage des génomes de champignons rares des profondeurs marines, qui diffèrent considérablement des champignons forestiers. « Notre objectif est d’explorer les génomes pour découvrir des gènes, des enzymes et des métabolites inhabituels. À terme, nous souhaitons isoler des matériaux génomiques uniques pour des applications biotechnologiques. J’espère que les organismes de financement reconnaîtront l’énorme potentiel futur des petits champignons », a-t-il déclaré.

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Dévoiler les génomes massifs des champignons phosphorescents de l'Arctique.