《魏江春院士课题组在地衣型真菌系统学研究方面获得重要进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-09-28
  • 地衣是由一种地衣型真菌和相应的藻类或蓝细菌组成的稳定共生生态系统。作为先锋生物,地衣在干热、寒冷、高海拔、强光照等极端恶劣的环境下历经长期演化形成了其独特的适应能力。

      叶上衣目地衣型真菌(Strigulales)为典型的叶生地衣,主要生长于热带地区的树叶上,是一类特殊生境的地衣资源。因其分布范围广而成为热带地区最具代表性的叶生物种,同时也是为数不多隶属于座囊菌纲的地衣型真菌。对特殊生境来源的地衣进行收集和深入认识,对于充分发掘利用未知地衣物种的应用潜力及加强生物资源的储备非常重要。

      中国科学院微生物研究所魏江春院士研究组近些年从中国热带地区采集了大量地衣标本,通过结合表型和基因型进行综合研究,发现了从海南岛采集的隶属于叶上衣目的新种Tenuitholiascus porinoides,其双层囊壁不会形成小室结构,并且在某些生长发育阶段,子囊呈现单层壁。已有研究表明,在地衣型真菌中子囊顶器的结构是携带重要遗传信息的分类学特征,通常用于高阶的分类单元。上述子囊顶器的结构不同于叶上衣目仅含的叶上衣科(Strigulaceae),同时,多基因系统发育学分析也表明它代表了该目一新科Tenuitholiascaceae中的一个新属Tenuitholiascus,进一步揭开了座囊菌纲地衣型真菌的进化史。以上研究成果已发表于真菌学著名期刊IMA Fungus上。

      叶上衣属(Strigula)作为叶上衣科(Strigulaceae)最大的类群,对其分类主要依据形态学特征,其分类系统较为混乱。魏江春院士组联合德国、巴西、古巴等多所大学的科研人员对世界范围来源的叶上衣科(Strigulaceae)标本通过表基结合的思路综合研究,对叶上衣属的分类标准进行了修订。研究结果表明,不同谱系其基因型(SSU, LSU, TEF1-α和RPB2)和表型特征的差异,使其足以代表物种水平以上的进化显著单元(Evolutionary Significant Unit,ESU),因而将传统叶上衣属划分为六属。除狭义叶上衣属(Strigula s.str)外,恢复了Phylloporis, Puiggariella, Raciborskiella 和 Racoplaca属,并建立采集自中国海南的新属Serusiauxiella。该新属除参与共生的藻类与其他属不同以外,其大分生孢子末端的附属丝结构呈现独特的由缓慢至快速的生长行为,此现象可能与将大分生孢子固着在叶片表面有关。同时,形态和序列分析结果揭示了叶上衣科另外两个新属Flagellostrigula和Swinscowia。相关文章已发表于真菌学顶级期刊Fungal diversity,这是中国地衣学者主体工作发表在该杂志的首篇。

    上述研究为深入探讨座囊菌纲真菌类群之间的系统发育关系提供了有价值的新线索,为完善该纲的真菌分类系统提供了有力支持。基于此,魏江春院士研究组助理研究员蒋淑华受邀以主要作者身份参与了Kevin D. Hyde教授联合多个国家的研究学者对座囊菌纲分类系统更新和修订的项目(Refined families of Dothideomycetes: Orders and families incertae sedis in Dothideomycetes. Fungal diversity, accept)。

      以上工作由中国科学院微生物研究所魏江春院士与德国自由大学Robert Lücking教授共同指导,中国科学院微生物研究所助理研究员蒋淑华为论文第一作者,英国自然历史博物馆David L. Hawksworth教授参与研究并作出重要贡献。感谢中国科学院微生物研究所菌物标本馆邓红高级实验师在研究过程中对标本管理的支持。相关研究课题得到了国家自然科学基金应急管理项目(31750001)和国家自然科学基金青年基金(31800010)的资助。

  • 原文来源:https://doi.org/10.1186/s43008-019-0026-2 ;https://doi.org/10.1007/s13225-020-00445-7 ;http://www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/202009/t20200927_5706046.html
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    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-09-04
    • 地衣作为先锋生物,能够风化岩石形成土壤,在地球生态演替中发挥重要功能。地衣是一大类与绿藻或蓝细菌共生的专化型真菌,占自然界已知真菌数量的20%。系统进化分析表明,地衣化和去地衣化在真菌进化历史上曾多次发生,共生的地衣与寄生、菌根及腐生真菌之间均具有较近的亲缘关系。地衣是互惠共生的典范,也是揭示真菌进化不可或缺的重要研究对象。但地衣如何实现菌藻识别并共生,其分子机制如何,由于缺乏地衣遗传操作系统,这些问题一直悬而未决,地衣菌藻的人工重建及性状的基因改造以及地衣生物技术的应用也因此受到严重限制。   生长型在酵母态和菌丝态之间转变的现象在真菌中较为普遍,但是在地衣型真菌中仅发现放射盘石耳有此现象。本研究以放射盘石耳为研究材料,发现营养胁迫和渗透压胁迫可以导致该菌从酵母态转变成假菌丝态;与其共生藻接触也可以激发假菌丝的产生。添加外源cAMP及IBMX(促进细胞内cAMP积累)可以诱导该菌发生明显的组织分化,揭示cAMP信号传导在调控形态转变的重要作用。 为了进一步验证调控机制,本研究将该菌编码Gα亚基的Gpa3基因敲除,Gpa3敲除菌株在胁迫及共生藻的诱导条件下均不能产生假菌丝。而在添加IBMX条件下可以恢复产生假菌丝的表型,说明Gpa3基因位于cAMP信号上游并调控cAMP信号通路。显性激活GPA3蛋白(GPA3Q208L)的突变菌株在诱导条件下显示出更多的假菌丝分枝,但是在与共生藻接触时不能维持稳定的共生状态,导致30%的藻细胞死亡。结果揭示Gpa3基因及cAMP信号传导在调控共生平衡方面的重要作用。 本研究是首次真正意义上的对地衣型真菌基因进行的功能研究,填补了地衣共生机制研究的空白,为地衣菌藻体外人工重建研究奠定了重要基础。本研究被审稿人评价为“地衣共生领域一项革命性的工作”,由此改变了地衣领域的“游戏规则”。本项工作由中国科学院微生物研究所魏江春院士与美国普渡大学Jin-Rong Xu教授共同指导。相关成果已在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)杂志在线发表,题为“Coregulation of dimorphism and symbiosis by cyclic AMP signaling in the lichenized fungus Umbilicaria muhlenbergii”。中国科学院微生物研究所助理研究员王延延为论文第一作者,普渡大学的Jin-Rong Xu教授为论文的通讯作者。魏江春课题组的魏鑫丽项目研究员及Jin-Rong Xu团队的卞祝筠博士生也参与该研究并作出重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金、国家留学基金委及普渡研究生基金的资助。
  • 《魏江春院士研究组与首都师范大学合作发现1.65亿年前最古老的拟态地衣的昆虫》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-08-06
    • 拟态是动物演化最成功的生存策略之一。昆虫作为地球上种类最丰富的生物,演化出丰富而多样的拟态类群,如模拟枯叶的枯叶蝶、模拟兰花的兰花螳螂、模拟枝干的竹节虫等。但是,对于昆虫拟态的起源和演化仍然不清楚,拟态研究成为生物学研究的热点和难点。近日,魏江春课题组魏鑫丽项目研究员与首都师范大学王永杰团队联合在生物学顶级期刊eLife上正式发表了题为“Lichen mimesis in mid-Mesozoic lacewings”的研究论文,发现了1.65亿年前最古老的拟态地衣的昆虫,并揭示了最早的昆虫拟态地衣的自我保护机制。   地衣是真菌与藻类或蓝细菌的共生体,由于具有类似植物外形的叶状体,最早被认为属于植物,后续研究发现其外形主要是由真菌作为主体进行控制,遂将其归入真菌界。地衣通常附生在树皮、岩石和土壤等表面上,从极地到热带地区均广泛分布,占据了地球陆地表面的7%。地衣能够分泌地衣酸等物质腐蚀岩石,促进表面土壤层的形成,因此地衣常被称为 “先锋生物”。在现代生态系统中,地衣分泌的地衣酸使许多动物不愿意靠近地衣,因此地衣与‘地衣耐受性动物’间形成了一个复杂而特殊的微生态体系,地衣与拟态地衣的昆虫是其中最具代表性的关系之一。最著名的地衣与昆虫关系的例子是19世纪的桦尺蛾“工业黑化现象”,随着工业革命造成了大量污染,伴随树皮上的地衣消亡,导致伪装地衣的浅色桦尺蛾更容易被鸟类捕食,深色桦尺蛾数量增加,随着环境转好,地衣大量恢复后,浅色桦尺蛾数量增加,这一经典的案例也被称为“Darwinian evolution in action”。 目前,昆虫拟态地衣的起源和早期演化仍然是研究的空白,解决这一问题的关键是找到更为古老地层中的地衣以及与之相似的昆虫。以往报道的最早疑似地衣化石发现于距今约4亿年前的早泥盆世地层中,但其分类位置一直存疑。研究现生地衣的学者一直以来都认为真正的大型地衣出现时间不早于6500万年。围绕着在更古老的中生代是否存在更古老的大型地衣以及拟态地衣的昆虫这一科学难题,首都师范大学王永杰团队联合魏江春课题组魏鑫丽项目研究员对此开展了合作研究。利用化石切片和扫描电子显微镜技术,对采自内蒙古宁城县中侏罗世燕辽昆虫群中发现的疑似地衣化石Daohugouthallus ciliiferus进行了详细的研究,发现了真菌菌丝和藻细胞及其缠绕等关键结构,表明D. ciliiferus是由真菌和藻细胞组成的共生体,以确凿的证据证明了其地衣属性,这也是目前为止发现的最早的大型地衣化石,将大型地衣出现的时间提前了近1亿年。为研究地衣的早期演化提供了新的证据。 本研究在地衣化石D. ciliiferus出现的同一地层发现了一种脉翅目昆虫,地衣美蛉Lichenipolystoechotes。通过对比分析发现其翅斑与D. ciliiferus的叶状体形态非常相似;通过对昆虫的翅斑各部位宽度以及D. ciliiferus化石的叶状体宽度的随机测量和统计分析,结果表明该昆虫与该地衣有着高度的相似性;同时在昆虫的翅斑上发现了大量黑色斑点, D. ciliiferus叶状体上也发现了相似的斑点,而此结构细节也进一步增加了二者相似性。近朗氏窗溪蛉Thyridosmylus paralangii是在现生脉翅目中的一类具有类似翅斑的昆虫,该类昆虫生活在较为潮湿的富有苔藓和地衣的环境中,与环境存在非常好的一致性;当侏罗纪时期的地衣美蛉栖息在D. ciliiferus的环境中,二者之间的相似性就使得地衣美蛉与环境形成高度的一致性。因此,侏罗纪时期地衣美蛉通过模拟D. ciliiferus获得生存优势,这是目前发现的首例最为古老的昆虫模拟地衣的例子,填补了化石昆虫拟态地衣的研究空白,证明了1.65亿年前昆虫与地衣已经形成了复杂的互作关系。  首都师范大学生命科学学院博士生方慧为该文第一作者,中国科学院微生物所魏江春课题组魏鑫丽项目研究员、首都师范大学王永杰副教授和刘家熙教授为共同通讯作者,美国国家自然历史博物馆研究员Conrad C. Labandeira、硕士生马依明和郑炳煜以及任东教授为共同作者。该研究过程中对地衣化石的解析得到了魏江春院士和陈健斌研究员的指导,并给出了建设性建议。该研究得到了教育部创新团队项目、国家自然科学基金项目、北京自然科学基金项目和首师大学科交叉研究院的资助。