在森林土壤中，木材分解真菌、枯枝落葉分解真菌和外生菌根真菌形成錯(cuò)綜復(fù)雜的菌絲網(wǎng)絡(luò)。作為有機(jī)物的分解者，腐生真菌對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)發(fā)揮不可替代的作用。作為植物的共生伙伴，外生菌根真菌可以將植物光合作用合成的碳水化合物轉(zhuǎn)移到土壤微生物群落中，供微生物利用。研究腐生真菌和共生真菌在碳源、氮源獲取和有機(jī)質(zhì)降解方面的異同，將有助于認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中不同營(yíng)養(yǎng)類型真菌參與的生態(tài)過(guò)程和功能。

牛肝菌目是傘菌綱中物種最豐富的類群之一，包括5個(gè)亞目，16個(gè)科，約1000個(gè)物種，廣布全球，往往在森林演替后期出現(xiàn)。該目絕大多數(shù)為共生型的外生菌根真菌，宿主植物多樣，但基部類群為腐生型的褐腐真菌，是研究真菌營(yíng)養(yǎng)類型演變的理想對(duì)象。在對(duì)該目代表性物種基因組測(cè)序的基礎(chǔ)上，通過(guò)比較基因組學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn)牛肝菌目物種從褐腐習(xí)性轉(zhuǎn)向外生菌根共生習(xí)性的進(jìn)化過(guò)程中，在基因組水平發(fā)生了三個(gè)創(chuàng)新：（1）顯著性地丟失了植物細(xì)胞壁降解酶系的關(guān)鍵基因，但仍保留了降解的一定能力，雖然營(yíng)共生習(xí)性的支系情況各不相同；（2）發(fā)生了轉(zhuǎn)座元件的擴(kuò)張，促進(jìn)了編碼蛋白酶、脂酶和小分泌蛋白等基因的形成；（3）在晚中新世，共生型的牛肝菌科和乳牛肝菌亞目物種發(fā)生了明顯基因擴(kuò)張，可能與宿主植物或牛肝菌生境偏好有關(guān)。

該研究由中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所楊祝良研究團(tuán)隊(duì)和法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境研究院南錫中心Francis Martin團(tuán)隊(duì)合作完成，相關(guān)研究成果以Evolutionary innovations through gain and loss of genes in the ectomycorrhizal Boletales為題，在線發(fā)表在New Phytologist上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中科院國(guó)際合作局對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目、國(guó)家留學(xué)基金管理委員會(huì)等的支持。

圖1.牛肝菌目代表物種的基因組組裝和注釋結(jié)果

圖2.牛肝菌目代表物種的分泌蛋白組特征

圖3.牛肝菌目不同營(yíng)養(yǎng)類型真菌相關(guān)基因間的置換多元方差分析

圖4.基于Kimura距離的轉(zhuǎn)座元件差異分析（紅色：外生菌根真菌，藍(lán)色：褐腐真菌）

圖5.牛肝菌屬物種共線性分析（a,b）和轉(zhuǎn)座元件與分泌型蛋白基因在基因組上的平均距離分析（c）

圖6.牛肝菌目物種基因復(fù)制歷史重建（a）和演化過(guò)程中基因復(fù)制速率的變化（b）

論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17858

來(lái)源|中國(guó)科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室