《PNAS》臺灣發光菇登封面! 中研院追溯基因演化史 解蕈類發光意義

2020/12/15
《PNAS》臺灣發光菇登封面! 中研院追溯基因演化史 解蕈類發光意義
今(15)日,中研院生物多樣性研究中心發表最新研究,蔡怡陞副研究員的團隊以臺灣的「發光菇」為研究對象,發表了全球第一篇探討真菌發光基因演化的學術文章,指出蕈類最早的發光基因簇(gene cluster

報導/巫芝岳

(15)日,中研院生物多樣性研究中心發表最新研究,蔡怡陞副研究員的團隊以臺灣的「發光菇」為研究對象,發表了全球第一篇探討真菌發光基因演化的學術文章,指出蕈類最早的發光基因簇(gene cluster)始於1.6億年前,且這些基因在特殊的演化機制下,已被逐漸淘汰。該論文已發表於11月的期刊《PNAS》,並被選為當期封面故事。

研究團隊針對世界三大含有發光真菌的支系之一的「小菇支系」(Mycenoid lineage)進行研究,採集了臺灣4種發光以及1種不具發光的物種,解序其基因體。

沿著基因線索往前追溯,再透過化石資料,校正及分析42個菇類,共五十萬多個基因,團隊推估出世界上第一株發光蕈類,應出現於距今1.6億年前的侏羅紀。

而他們所研究的小菇支系,則接著在其後的白堊紀(距今約1.4億年前)分化出來。當時正值開花植物大量出現在地球的時期,團隊推測,這些植物提供的多樣棲地或營養源的出現,加上小菇支系本身擁有的高變異基因體,促使他們演化出分解不同死亡植物,或與植物共生的多樣物種。

但因為小菇支系的發光基因簇,位在高變異的位置,在演化過程中被不斷重組,部分蕈類發光的功能也因此漸漸被淘汰,導致現今存在的發光基因也就散落在不同分支。

而目前之所以還有發光蕈類存在,可能是因為其冷光剛好對適應環境有所幫助,例如,可透過光線吸引昆蟲啃食、幫助散播孢子。

目前,這些發光蕈類的基因可以活用於各領域,例如可用於追蹤體內轉殖之癌細胞,或透過創造能自體發光的植物或環境污染的生物感測警示器。此外,有些小菇屬真菌會導致咖啡產生葉斑病,或本身是開花植物的營養來源,持續探索這些蕈類的基因體,都有助於提升生物資源的利用。

蔡怡陞表示,真菌生物特徵的展現,往往不只由單一一個基因所控制,大多是被基因簇所調控。2018年,俄國科學家已發現蕈類發光的主要基因簇,但基因體結構及其演化歷史還有待探索。

若能掌握完整的基因體,並研究其變異的歷史,便有機會更全面地探討蕈類調控發光的機制、目的及意義。

論文第一及共同作者柯惠棉博士表示,這是全球第一個發表的小菇支系完整基因體的研究。除了有助於了解生物在面對不同環境的生存策略,也提供了研究的藍圖。未來,研究團隊將進一步探討物種調控發光的機制。