2008: genom pierwszego grzyba mikoryzowego

W marcu 2008 roku „Nature" opublikowało genom lakówki dwubarwnej Laccaria bicolor, opracowany przez zespół Francisa Martina. Był to pierwszy zsekwencjonowany genom grzyba ektomikoryzowego, czyli organizmu, od którego zależą lasy borealne, umiarkowane i górskie. Sekwencja liczy około 65 megazasad i zawiera mniej więcej 20 tysięcy przewidywanych genów białkowych oraz bardzo dużo transpozonów i sekwencji powtarzalnych.

Najważniejsze odkrycie dotyczyło zestawu małych białek wydzielanych, oznaczanych skrótem SSP, o nieznanej funkcji i przypominających efektory patogenów. Kilka z nich ulega ekspresji wyłącznie w tkankach symbiotycznych, a najsilniej wyrażane gromadzi się w strzępkach kolonizujących korzeń gospodarza. Wszystko wskazuje na to, że białka te odgrywają decydującą rolę w nawiązaniu symbiozy.

Równie wymowny okazał się brak. W genomie lakówki nie ma enzymów rozkładających ścianę komórkową rośliny, choć zachowana została zdolność do rozkładania innych polisacharydów. Symbiont nie może więc zjeść partnera, nawet gdyby chciał, a jednocześnie potrafi żyć w glebie jako saprotrof. Podwójny tryb życia, o którym wcześniej wnioskowano pośrednio, dostał podstawę w genach.

Wynik zmienił sposób zadawania pytań o mikoryzę. Zamiast opisywać ją jako ogólną wymianę węgla za składniki mineralne, można było zacząć badać konkretne cząsteczki, którymi grzyb i korzeń się porozumiewają. Kolejne genomy grzybów mikoryzowych pokazały, że utrata enzymów rozkładających ścianę roślinną powtarzała się w ewolucji wielokrotnie i niezależnie.

Co genom mówił o partnerstwie z korzeniem

Zsekwencjonowano haploidalny szczep Laccaria bicolor S238N-H82. Złożenie obejmowało 64,9 Mb, a pipeline JGI przewidział 20 614 modeli genów kodujących białka. Elementy transpozycyjne stanowiły 21% genomu. Spośród 2 931 przewidywanych białek wydzielanych wybrano 278 małych, bogatych w cysteinę; pięć z 20 transkryptów najsilniej aktywowanych w mikoryzowych końcówkach korzeni kodowało takie białka. To wskazało kandydatów do komunikacji z gospodarzem.

Równie ważny był brak. Repertuar enzymów rozkładających ścianę komórkową roślin był silnie zredukowany: znaleziono jedną kandydującą celulazę GH5 z modułem CBM1, bez celulaz z rodzin GH6 i GH7. Jednocześnie przewidziano 116 wydzielanych proteaz, zgodnych z pobieraniem azotu z materii organicznej. Autorzy rozróżniali prognozy genowe od dowodu funkcji: genom tworzył listę hipotez o symbiozie, a nie potwierdzał automatycznie roli każdego białka.