or nearly 150 years, lichens have been the model organisms of symbiosis. Now researchers have uncovered an unexpected third partner embedded in the lichen cortex or "skin" -- yeast.
Since 1867, scientists have recognized the fundamental partnership that produces lichens: A fungus joins with an alga or cyanobacteria in a relationship that benefits both individuals. In a study led by the University of Montana and co-authored by Purdue mycologist M. Catherine Aime, researchers show that lichens across six continents also contain basidiomycete yeasts, single-celled fungi that likely produce chemicals that help lichens ward off predators and repel microbes.
The finding could explain why many genetically similar lichens present wildly different physical features and why scientists have been unable to synthesize lichens in the laboratory, even when combining species that partner successfully in nature.
"This discovery overturns our longstanding assumptions about the best-studied symbiotic relationship on the planet," said Aime, professor of botany and plant pathology. "These yeasts comprise a whole lineage that no one knew existed, and yet they are in a variety of lichens on every continent as a third symbiotic partner. This is an excellent example of how things can be hidden right under our eyes and why it is crucial that we keep studying the microbial world."
Based on his study of lichens, Swiss botanist Simon Schwendener was the first scientist to propose that some organisms are not autonomous individuals but combinations of unrelated species that work together. He observed that lichens are the result of collaboration between a single fungus and a photosynthetic partner -- either an alga or cyanobacterium. The alga or cyanobacterium produces food by converting energy from the sun and carbon dioxide into sugars. The fungus, in turn, forms the main structure of the lichen and offers its photosynthesizing partner protection from the environment.
This cross-kingdom combination of strengths and abilities has allowed lichens to thrive on a variety of surfaces and in almost every habitat on the planet, ranging from the Arctic to deserts. They come in myriad shapes, colors and forms and produce a rich variety of secondary metabolites. Lichens were also some of the first land-dwelling organisms, suggesting that a communal effort helped life make the ocean-to-land leap.
The discovery that specific yeasts act as third symbiotic partners in lichens began with an investigation into why two lichen species seemed genetically identical but had distinctive attributes. The lichen Bryoria tortuosa is yellow and produces a toxic substance known as vulpinic acid while B. fremontii -- made up of the same fungus and alga -- is dark brown and produces no such acid. An analysis of gene expression of the known fungal partner in the two species showed no differences.
But when the team broadened the data search to include all fungi, they found indications that genes were being expressed differently -- unexpectedly, by a fungus that appeared to belong to the Basidiomycota, a completely different phylum than the known fungal partner. These data suggested the presence of a second fungal partner, an undescribed species of yeast in a poorly studied class of early-evolving basidiomycetes.
Toby Spribille, first author of the study and postdoctoral researcher at Montana, said he was initially skeptical of the results.
"It took a long time to convince myself that I wasn't dealing with a contamination," he said.
But once the researchers began looking for traces of similar yeasts in other lichens, they found related lineages in 52 genera of lichens worldwide and molecular evidence that indicates a long, shared evolutionary history between the symbiotic partners.
"There is a long, venerable history of scientists and natural historians who have peered at lichens through microscopes since the 1800s," said Spribille, also a postdoctoral researcher at the University of Graz. "The yeasts were always there, and somehow we got to crack it open. It gives me goose bumps."
The high amounts of yeast in B. tortuosa enable the lichen to produce the acid that helps defend it against invasion from other microbes. Aime's work with related yeasts points to similar beneficial roles in plants, but basidiomycete yeasts are still understudied, she said.
"We have barely touched the tip of the iceberg in understanding the importance and ubiquity of microbes in a variety of biological systems," she said.
หรือเกือบ 150 ปี ไลเคนมีรูปแบบสิ่งมีชีวิตใน symbiosis . ตอนนี้นักวิจัยได้ค้นพบเป็นคู่ที่สามที่ไม่คาดคิดที่ฝังตัวในไลเคน เยื่อหุ้มสมอง หรือ " ผิว " - ยีสต์ตั้งแต่ 2410 , นักวิทยาศาสตร์ได้รับการยอมรับพื้นฐานความร่วมมือที่ผลิตพืช : เชื้อราร่วมด้วยสาหร่ายหรือไซยาโนแบคทีเรียในความสัมพันธ์ที่เป็นประโยชน์ทั้งบุคคล ในการศึกษาที่นำโดยมหาวิทยาลัยมอนแทนาและร่วมประพันธ์โดยในจำนวนผู้ศึกษาเกี่ยวกับเชื้อราและเห็ดม. แคทเธอรีน Aime , นักวิจัยพบว่าไลเคนทั่วหกทวีปยังประกอบด้วยแบสิดิโ ัยซีสยีสต์เดี่ยว celled เชื้อราที่อาจผลิตสารเคมีที่ช่วยให้พืชปัดล่าและขับไล่เชื้อจุลินทรีย์ซึ่งอาจอธิบายได้ว่า ทำไมลักษณะทางกายภาพแตกต่างกันเหยงไลเคนที่คล้ายกันทางพันธุกรรมหลายในปัจจุบันและทำไมนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสังเคราะห์ไลเคนในห้องปฏิบัติการ แม้เมื่อรวมชนิดที่คู่ค้าประสบความสำเร็จในธรรมชาติ" การค้นพบนี้กลับด้านของเรายาวนานสมมติฐานเกี่ยวกับการศึกษาความสัมพันธ์ symbiotic ที่ดีที่สุดบนดาวเคราะห์ กล่าวว่า เอม ศาสตราจารย์ด้านพฤกษศาสตร์และโรคพืช . ยีสต์เหล่านี้ประกอบด้วยสายเลือดทั้งหมดที่ไม่มีใครรู้มาก่อน และพวกเขาก็ยังอยู่ในความหลากหลายของไลเคนบนทุกทวีปเป็นสามชนิดคู่ นี้เป็นตัวอย่างที่ดีของสิ่งที่สามารถซ่อนอยู่ใต้ตาของเราและทำไมมันเป็นสิ่งสำคัญที่เราเก็บไว้ศึกษาโลกของจุลินทรีย์ .จากการศึกษาของไลเคน สวิส นักพฤกษศาสตร์ ไซมอน schwendener เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เสนอว่าสิ่งมีชีวิตไม่บุคคลอิสระ แต่การรวมกันของชนิดเกี่ยวข้องที่ได้ทำงานด้วยกัน เขาสังเกตว่าไลเคนเป็นผลของความร่วมมือระหว่างเชื้อราเดี่ยวและคู่ สังเคราะห์แสง -- ทั้งสาหร่ายหรือไซยาโนแบคทีเรีย . Alga หรือไซยาโนแบคทีเรียที่ผลิตอาหารโดยการแปลงพลังงานจากดวงอาทิตย์และคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นน้ำตาลได้ เชื้อรา , ในการเปิด , รูปแบบโครงสร้างหลักของไลเคนและเสนอทำวิเคราะห์เรื่องรูปถ่ายคู่ป้องกันสิ่งแวดล้อมข้ามอาณาจักรรวมจุดแข็งและความสามารถ ทำให้พืชเจริญเติบโตในความหลากหลายของพื้นผิวและในเกือบทุกถิ่นที่อยู่บนโลกตั้งแต่อาร์กติกในทะเลทราย พวกเขามาในรูปทรงและรูปแบบมากมาย สี และผลิตที่หลากหลายของสารทุติยภูมิ ไลเคนยังบางส่วนของแรกที่ดินที่อยู่อาศัยในชุมชน กล่าวว่า พยายามช่วยชีวิตให้ทะเลกระโดดที่ดินการค้นพบที่เฉพาะเจาะจงเป็นหุ้นส่วน symbiotic ยีสต์ที่สามในไลเคนเริ่มสอบสวนว่าทำไมตะไคร่พันธุกรรมเหมือนกัน แต่ดูเหมือนสองชนิดมีคุณลักษณะที่โดดเด่น พวกไลเคน bryoria tortuosa เป็นสีเหลืองและสร้างสารพิษที่เรียกว่า กรด vulpinic ในขณะที่ B fremontii -- สร้างขึ้นจากเชื้อราเหมือนกัน และสาหร่าย เป็นสีน้ำตาลเข้มและคมชัด ไม่มีกรด การวิเคราะห์การแสดงออกของยีนที่รู้จักเชื้อราทั้งสองชนิดพบว่าไม่มีคู่ ในความแตกต่างแต่เมื่อทีมพัฒนาข้อมูลการรวมเชื้อรา พวกเขาพบว่า ยีนนั้นถูกแสดงออกแตกต่างกัน -- โดยไม่คาดคิด โดยเชื้อราที่ปรากฏเป็นของ Basidiomycota , ไฟลัมแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงกว่าที่รู้จักกันของพันธมิตร ข้อมูลแนะนำการปรากฏตัวของสองพันธมิตรเป็น undescribed พันธุ์ของเชื้อรา , ยีสต์ในงานเรียนคลาสแรกพัฒนา Basidiomycetes .โทบี้ spribille , ผู้เขียนแรกของการศึกษาและปริญญาเอกนักวิจัยใน Montana , กล่าวว่าเขาเริ่มสงสัยของผลลัพธ์" มันใช้เวลานานที่จะโน้มน้าวตัวเองว่าผมไม่ได้จัดการกับการปนเปื้อน , " เขากล่าวว่าแต่เมื่อนักวิจัยเริ่มมองหาร่องรอยของยีสต์ที่คล้ายกันในพืชอื่น ๆที่เกี่ยวข้องเมื่อพวกเขาพบในพืชทั่วโลกและหลักฐานที่บ่งชี้ว่า โมเลกุลยาว 52 สกุลที่วิวัฒนาการประวัติศาสตร์ระหว่างหุ้นส่วน symbiotic ." มันเป็นเวลานาน , ประวัติศาสตร์ที่เคารพของนักวิทยาศาสตร์และนักประวัติศาสตร์ธรรมชาติที่ได้เพ่งดูไลเคนผ่านกล้องจุลทรรศน์ตั้งแต่ 1800s , " กล่าวว่า spribille ยังปริญญาเอกนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยกราซ . ส่วนยีสต์อยู่ที่นั่นเสมอ บางทีเราต้องแตกมันเปิด มันทำให้ฉันขนลุก "ปริมาณสูงของยีสต์ในพ. tortuosa ใช้ไลเคนเพื่อผลิตกรดที่ช่วยปกป้องต่อต้านการรุกรานจากจุลินทรีย์อื่น ๆ ชอบงานที่เกี่ยวข้องกับยีสต์จุดที่คล้ายกันประโยชน์บทบาทในพืช แต่แบสิดิโ ัยซีสยีสต์ยังกรุงเทพมหานคร เธอกล่าวว่า" เราแทบไม่ได้แตะปลายของภูเขาน้ำแข็งในความเข้าใจความสำคัญและแพร่หลายของจุลินทรีย์ในความหลากหลายของระบบชีวภาพ " เธอกล่าว
การแปล กรุณารอสักครู่..
