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Phylogenomics reveals the evolutionary origins of lichenization in chlorophyte algae

Pubblicato il: 10.06.2024 13:40

Phylogenomics reveals the evolutionary origins of lichenization in chlorophyte algae

doi.org/10.1038/s41467-024-48787-z

Lichen symbiosis represents one of the most effective ways in which fungi obtain the carbohydrates necessary for survival, with almost one-fifth of all known fungal species depending on this form of symbiosis. More than 40% of all known ascomycete species are found in lichen associations! In contrast, the algae involved in lichens are relatively few (a few hundred species), with 90% belonging to the chlorophyte family. Until now, the secret that enables these algae to collaborate with fungi in this symbiosis has remained a mystery.

In our study, we demonstrated that the ability to form lichen symbiosis has evolved independently at least three times in green algae. We also highlighted that gene expansions and horizontal gene transfers may have facilitated the interaction among symbionts. Surprisingly, we discovered that two genes associated with lichenization were acquired horizontally, most likely from bacteria. This is the first time the presence of these genes in eukaryotes has been demonstrated.

Although considered rare in eukaryotic genomes, horizontal gene transfer is becoming a common theme in the evolution of species interactions. In this case, the algal enzyme GH8 can degrade lichenan, a polymer present in symbiotic lichen fungi. This likely contributes to establishing a symbiotic interface between the two partners and improving exchanges between them.

By studying lichens, of which the Botanical Garden of the University of Padova hosts a rich collection in its germplasm bank, researchers can reconstruct the events that led to symbiosis between fungi and photosynthetic partners. This knowledge not only enhances our understanding of lichen biology but also provides insights into the broader principles governing symbiotic interactions in nature.

The work is authored by Francesco Dal Grande, in collaboration with the groups of Pierre-Marc Delaux (CNRS, Toulouse) and Jean-Guy Berrin (INRAE, Marseille), Pavel Škaloud (Charles University, Prague) and Malte Petersen (Uni Bonn). Check it out at https://doi.org/10.1038/s41467-024-48787-z #biodiversity #symbiosis #lichens

 

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La simbiosi lichenica rappresenta uno dei modi più efficaci con cui i funghi ottengono i carboidrati necessari per la sopravvivenza, con quasi un quinto di tutte le specie fungine conosciute che dipendono da questa forma di simbiosi. Più del 40% di tutte le specie di ascomiceti note si trovano in associazione lichenica! In contrasto, le alghe coinvolte nei licheni sono relativamente poche (poche centinaia di specie), con il 90% appartenente alla famiglia delle clorofite. Fino ad ora, il segreto che rende queste alghe capaci di collaborare con i funghi in questa simbiosi è rimasto un mistero.

Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che la capacità di formare simbiosi licheniche si è evoluta indipendentemente almeno tre volte nelle alghe verdi. Abbiamo anche evidenziato che espansioni geniche e trasferimenti genici orizzontali possono aver facilitato l'interazione tra simbionti. Sorprendentemente, abbiamo scoperto che due geni associati alla lichenizzazione sono stati acquisiti orizzontalmente, molto probabilmente da batteri. È la prima volta che si dimostra la presenza di questi geni negli eucarioti.

Sebbene sia considerato raro nei genomi eucariotici, il trasferimento genico orizzontale sta diventando un tema comune nell'evoluzione delle interazioni tra specie. In questo caso, l'enzima algale GH8 è in grado di degradare il lichenano, un polimero presente nei funghi licheni simbionti. Questo contribuisce probabilmente a stabilire un'interfaccia simbiotica tra i due partner e a migliorare gli scambi tra essi.

Studiando i licheni, di cui il Centro di Ateneo Orto Botanico ospita una ricchissima collezione nella sua banca del germoplasma, i ricercatori possono ricostruire gli eventi che hanno portato alla simbiosi tra funghi e partner fotosintetici. Queste conoscenze non solo migliorano la nostra comprensione della biologia dei licheni, ma forniscono anche indicazioni sui principi più ampi che regolano le interazioni simbiotiche in natura.

 




Ultimo aggiornamento: 10.06.2024 13:49