北極に生息する特定のMycena（マイセナ）菌株が、これまでに記載された中で最も大きなキノコのゲノムを持つことが明らかになりました。この発見は、これらのキノコが単に腐生生物として存在しているだけでなく、環境の変化に適応するための多様な遺伝子を持っている可能性を示唆しています。この研究は、2024年6月27日にCell Genomics誌に発表されました。
この研究では、Mycena属の複数のキノコ種のゲノムが予想外に大きいことが報告されました。従来、これらのキノコは死んだ有機物を分解して生活する腐生生物であると考えられていましたが、今回の発見は異なる生活様式に適応するための遺伝子コレクションを持っている可能性を示唆しています。特に、北極に生息する特定のMycena菌株がこれまでに記載された中で最も大きなキノコのゲノムを持つことが示されました。このオープンアクセスの論文は「Extreme Overall Mushroom Genome Expansion in Mycena s.s. Irrespective of Plant Hosts or Substrate Specializations（植物宿主や基質専門性に関係なく、Mycena s.s.における極端な全体的なキノコゲノム拡大）」と題されています。
これらのキノコはゲノム全体で広範な成長を示しています。これは、植物と相互作用したり、炭素を分解したりするのを助ける遺伝子だけでなく、まだ知られていないが重要である可能性のある遺伝子も含まれています。さらに、多くの反復的な非コード要素や、水平遺伝子伝達によって他の無関係な真菌から獲得した遺伝子も含まれています。
沖縄科学技術大学院大学（OIST）の進化生物学・合成生物学ユニットの共同著者である宮内進悟博士（Shingo Miyauchi, PhD）は、「Mycenaのサンプルは北ヨーロッパで採取され、北極地域からのサンプルも一部含まれていました。これらの北極種のうち3つが成功裏に配列決定され、これらの北極種が通常のMycena種と比較して著しく大きなゲノムを持っていることがわかりました」と説明しました。「最初の印象ではこれは普通ではないと思いましたので、共同研究者に連絡してゲノムアセンブリの正確性を確認してもらいました。その結果、これらの大規模なゲノムは特定の北極Mycena種に固有であると結論付けました。」
INRAE（フランス国立農業食品環境研究所）およびフランス、シャンプノーのロレーヌ大学のフランシス・マーティン（Francis Martin）は、「進化は非有利な特徴が時間とともに消失することを教えてくれますので、これらの大きなゲノム構造が適応性と一般性を持つことがこれらの真菌にとって有利であることは明らかです」と述べています。「これは、各細胞分裂で多くの不要な機能を持つ大きなゲノムを複製しなければならないコストにもかかわらず、特に北極のような極限環境では見られるかもしれません。」
研究者らは、Mycenaが森林生態系における主なキノコ分解者としての役割に基づいて研究を開始しました。これらのキノコは小さな果実体を持っているにもかかわらず、地球の炭素循環において重要な役割を果たしています。このキノコ群は長い間、死んだ有機物だけで生きていると考えられていましたが、最近では一部の種が生きている植物と協力的または寄生的な相互作用を通じて生活していることがわかっています。Mycenaはまた、生物発光（すなわち暗闇で光る）を示し、これに関する以前の研究では5つのMycena種のゲノムが調査されました。研究者らは、異なる基質の好みを持つMycena種の広範なパレットを研究することで、彼らの直接的な生活習慣についてもっと知りたいと考えました。
新しい研究では、24の追加のMycena種および現在はAtheniella floridulaとして知られている関連種の新しいゲノム配列を生成しました。これらの種は、木材一般主義者、広葉樹木材分解者、草のゴミ一般主義者、広葉樹ゴミ分解者、針葉樹ゴミ分解者、全体的なゴミ一般主義者の6つの分解カテゴリーを代表しています。また、3つの北極種も含まれていました。彼らは新しいゲノムを33の非Mycena種の追加ゲノムに加えました。彼らは、これらのゲノムが進化の過程でどのように進化し、拡大したか、および種がその生活習慣に基づいて植物細胞壁分解酵素でどのように異なるかを理解したいと考えました。
彼らは、Mycenaが全体として大規模なゲノム拡大を示していることを発見して驚きました。これは、予想される習慣に関係なく、すべての遺伝子ファミリーに影響を及ぼしていました。この拡大は、新しい遺伝子の出現や遺伝子重複、ポリサッカライドを分解する酵素を生成する遺伝子の大規模なコレクションの増加、転移因子の増殖、および他の真菌種からの水平遺伝子伝達によって引き起こされたようです。彼らはまた、北極で採集された2つの種が、温帯地域に生息するMycenaに比べて2倍から8倍の大きさのゲノムを持っていることを発見しました。
研究者らは特に、北極種のゲノムが一般的なMycenaの拡大を超えて大幅に拡大していることに驚きました。さらに、Mycena真菌がAscomycetesから水平遺伝子伝達によって遺伝子を獲得したことも発見しました。これらの種は温帯地域にも見られますが、その大きさが特定の種の特性によるものなのか、北極環境に関連する効果なのかは不明のままです。
しかし、一部の北極植物は、転移因子によってゲノムを膨らませたり、温帯地域の近縁種と比較してゲノム全体を単純に複製したりすることが示されています。これと同様の並行進化が北極のキノコにも起こっているのかもしれません。
ノルウェー、オスロ大学のホーヴァルド・カウセルド博士（Håvard Kauserud, PhD）は、「分解者から共生真菌への進化的移行は、進化の過程で何百万年もかけていくつかの真菌群で並行して起こったと一般的に考えられています」と述べています。「しかし、Mycenaでは、この漸進的なプロセスがまさに目の前で進行しているのを見ているようです。」
オスロ大学の共同著者であるクリストファー・バッゲ・ハーダー博士（Christoffer Bugge Harder, PhD）は、「他の多くの真菌とは異なり、Mycenaは複数の生活様式を採用できることがわかっています。この発見は、これらの多様な生活様式が彼らのゲノム構造にも反映されていることを示唆しています」と述べています。
これらの発見は、ゲノム配列だけから生物の習慣を理解する努力に重要な意味を持っています。
データサイエンティストとして視覚芸術に強い関心を持つ宮内博士は、データ可視化で創造性を発揮するのを楽しんでいます。「この研究のために2年間、真菌ゲノムの特徴を比較し、これらの小さなキノコの色にインスパイアされました。私が作成した図（画像参照）は、19世紀のフランス印象派の画家、ピエール＝オーギュスト・ルノワールに影響を受けました。」現在、彼は森林の真菌とは大きく異なる希少な深海真菌のゲノム配列決定プロジェクトに取り組んでいます。「私たちの目標は、珍しい遺伝子、酵素、代謝物を発見するためのゲノムマイニングです。最終的には、バイオテクノロジー応用のためのユニークなゲノム素材を分離することを目指しています。資金提供者が小さなキノコの巨大な将来の可能性を認識してくれることを願っています」と彼は述べました。
この記事は、Cell Pressによって公開されたプレスリリースに基づき、OISTの科学ライター、メルル・ナイドゥーによって編集されました。
今回の研究は、北極に生息するMycena菌株が非常に大きなゲノムを持つことを示し、これが環境の変化に対する適応性を示唆しています。この発見は、これらの菌類が単に腐生生物であるだけでなく、多様な生活様式を持つ可能性があることを示しています。また、ゲノムの大規模な拡大は、新しい遺伝子の出現や遺伝子重複、転移因子の増殖、他の真菌からの遺伝子の水平伝達によって引き起こされたことが示されています。この研究は、ゲノム配列から生物の習慣を理解するための新しい視点を提供しています。
画像：OIST進化・合成生物学ユニットの科学者である宮内慎吾博士は、データビジュアライゼーションのスキルを芸術への情熱と融合させて披露している。彼は著名な芸術家からインスピレーションを得た色彩と美学を統合し、科学と芸術的創造性のギャップを埋めている。
