In questo modo, i funghi dei suoli forestali sono fondamentali per la salute degli alberi e per lo stoccaggio del carbonio, competenze che contano sempre di più con il riscaldamento del clima. Tuttavia, queste sono interazioni complicate da districare. I funghi lavorano in cooperazione per sostenere una foresta e le specie variano negli ecosistemi terrestri.

Recentemente, in un lavoro pubblicato su New Phytologist , i ricercatori hanno aperto la strada a una nuova comprensione di quali funghi svolgono determinate funzioni sul suolo della foresta. Per la prima volta, hanno confrontato tre diverse gilde fungine in una serie di luoghi diversi. Hanno campionato i terreni di quattro ecosistemi forestali, hanno estratto l'RNA per comprendere l'espressione genetica e hanno sviluppato nuovi strumenti per mappare l'RNA del suolo sui genomi dei funghi.

Il Joint Genome Institute (JGI) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), una struttura per utenti scientifici del DOE Office of Science User Facility situata presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), ha sequenziato 1 trilione di basi, una terabase, di RNA del suolo per questo progetto e ha prodotto il genomi di riferimento che hanno consentito di mappare queste letture di RNA. "Attualmente, questo è il più grande metatrascrittoma fungino sequenziato tramite JGI", ha affermato Igor Grigoriev, responsabile del programma di genomica fungina presso il JGI.

Oltre a una migliore comprensione di più sistemi forestali, questo lavoro definisce protocolli e pipeline che altri team possono utilizzare in tutto il mondo.

Questi strumenti offrono ai ricercatori la possibilità di accedere a molte più informazioni sui funghi in questi ambienti. "Ora con questi nuovi strumenti - metatrascrittomica, sequenziamento dell'RNA del suolo - possiamo accedere a..." Cosa stanno facendo? Come interagiscono?'", ha affermato l'autore senior Francis Martin, direttore della ricerca emerito presso l'Istituto nazionale di ricerca per l'agricoltura, l'alimentazione e l'ambiente (INRAE).

Notevole somiglianza nonostante la grande diversità

Per questo studio, i ricercatori hanno raccolto campioni di terreno da quattro siti:Aspurz, Spagna; Champenoux, Francia; Lambborn, Svezia; Montmorency, Canada. Questi siti rappresentano rispettivamente le foreste mediterranee, temperate e boreali.

Molti funghi diversi compaiono nei campioni di terreno di questi vari biomi; le foreste condividono solo circa il 20% delle loro specie fungine. Per effettuare confronti utili, i ricercatori hanno dovuto lavorare al di fuori della tassonomia. "E il modo in cui abbiamo scoperto è stato quello di concentrarci sul confronto dei livelli di espressione tra le associazioni trofiche dei funghi", ha affermato Lucas Auer, ingegnere ricercatore presso l'INRAE ​​e uno dei primi autori di questo lavoro.

Per confrontare queste gilde trofiche, il team si è concentrato su tre gruppi principali di funghi presenti in tutte le foreste campionate. Queste gilde sono comuni nelle foreste di tutto il mondo, così come nei prati e nei pascoli:i saprofiti smontano detriti e organismi morti per liberare i loro nutrienti; i simbionti micorrizici trasportano acqua e sostanze nutritive agli alberi; gli agenti patogeni delle piante colonizzano le piante viventi per nutrirsene.

In tutti i tipi di foresta, Martin e il suo team hanno analizzato campioni di terreno per vedere quali geni queste tre associazioni fungine utilizzavano per crescere e metabolizzare i nutrienti. Hanno sequenziato tutto l'RNA trovato nei campioni di terreno e hanno assemblato le trascrizioni di RNA in un metatrascrittoma.

Nel complesso, hanno scoperto che, nonostante la grande diversità di specie, ciascuna gilda svolgeva funzioni notevolmente simili nelle diverse foreste. Il metabolismo primario, l'attività cellulare e lo sviluppo dei funghi sembravano abbastanza simili per ciascuna corporazione di saprotrofi, simbionti micorrizici e agenti patogeni, indipendentemente dal fatto che un campione provenisse dal terreno sotto un pino o una quercia, in Svezia o in Quebec.

Dal punto di vista ecologico, Martin suggerisce che questa ridondanza sia protettiva, un po’ come diversificare un portafoglio di investimenti. Se uno stress come un incendio o una siccità minaccia alcune specie fungine, altri funghi svolgeranno le funzionalità necessarie.

Questo lavoro mostra anche una nuova sovrapposizione tra le funzioni di diverse corporazioni fungine. I simbionti saprotrofi e micorrizici sono stati storicamente divisi in nicchie ecologiche separate:rispettivamente riciclatori e trasportatori. Tuttavia, il team di Martin ha scoperto che entrambe le gilde esprimono geni simili per la degradazione delle pareti cellulari dei funghi, la cosiddetta necromassa fungina, suggerendo che queste gilde condividono la responsabilità di riciclare il materiale morto dei funghi.

I genomi di riferimento che hanno aperto la strada

Questo progetto nasce da una proposta del Programma scientifico comunitario che Martin ha presentato nel 2012. A quel tempo, il campo aveva esaminato molte diverse comunità del suolo per la diversità tassonomica. Questi studi potevano individuare le popolazioni, ma dicevano poco su quali specie stessero facendo cosa.

Per capire come le comunità fungine condividessero i loro compiti, Martin e il suo team hanno optato per il profilo dell'RNA, per una visione dell'espressione genetica dei funghi. Avrebbero bisogno dei genomi fungini esistenti per mappare l’espressione genetica in base alle funzioni e alle specie fungine. Inizialmente, mappare le sequenze di RNA in questo modo era impegnativo, secondo Martin. "Dodici anni fa, quando abbiamo mappato il primo RNA sequenziato dal terreno, solo il 10% di essi era mappato sui genomi fungini del JGI", ha affermato Martin.

Uno sforzo chiamato progetto 1000 Fungal Genomes ha cambiato la situazione. Si tratta di un progetto pluriennale in collaborazione con il JGI per sequenziare 1.000 genomi di riferimento provenienti da tutto l'albero della vita fungino. Martin è uno dei responsabili del progetto. Dopo aver iniziato con circa 200 genomi fungini, in pochi anni, ha affermato, il progetto 1000 Fungal Genomes, insieme ad altri progetti CSP, ha sequenziato oltre 2.000 genomi fungini.

Il JGI ha sequenziato, assemblato e annotato questi genomi in collaborazione con decine di partner. "Si è trattato di uno sforzo comunitario enorme, con oltre 100 ricercatori che hanno selezionato le specie per il sequenziamento e poi hanno inviato campioni di DNA e RNA al JGI", ha affermato Grigoriev. Tutti questi genomi sono disponibili su MycoCosm.

Se inizialmente il compito di mappare l’RNA fungino in sequenze era una strada un po’ accidentata e tortuosa, questo nuovo afflusso di genomi ha aperto un’autostrada per lo stesso percorso. "È stato davvero sorprendente il miglioramento della qualità dei dati grazie a quell'enorme quantità di nuovi genomi", ha affermato Martin.

Il progetto 1000 Fungal Genomes sta proseguendo per consentire ulteriori studi come questo. Martin afferma che un numero ancora maggiore di genomi si tradurrà in una comprensione ancora maggiore, poiché altri ricercatori analizzano l'RNA proveniente da comunità del suolo in tutto il Sud America, Cina, Europa e Stati Uniti.

"Nei prossimi anni, penso che avremo una sorta di mappa globale della diversità fungina, ma ci mancano ancora le funzioni", ha detto Martin. "Quindi, grazie al tipo di programma che abbiamo sviluppato con il JGI, disponiamo degli strumenti per ottenere informazioni reali sulle funzioni di questa comunità fungina, dai poli ai tropici."