Информације

3.2: Водене гљиве (Цхитридс) - Биологија

3.2: Водене гљиве (Цхитридс) - Биологија



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Као и многе раније гљивичне лозе, ова група је подељена у неколико различитих линија. Некада су све класификоване као Цхитридиомицота, ове ране водене гљиве сада су груписане у Бластоцладиомицота, Цхитридиомицота и Неоцаллимастигомицота. Иако вероватно нису директно повезане, ове гљиве деле неколико карактеристика:

  • Првенствено водени, иако су неки паразити копнених биљака
  • Споре за пливање (зооспоре) са једним трновитим бичем

Сапротропхиц Цхитридс

Слика (ПагеИндек{1}): Хитриде у роду Алломицес су водени разлагачи. Горња слика приказује семе сусама које плута у води у рибњаку са гљивицом која расте из њих. Друга слика (доле лево) приказује микроскопску слику зооспорангијума произведеног на крају филамента хифа (асексуална репродукција). Коначна слика (доле десно) приказује две спорангије у мировању, резултат сексуалне репродукције. Фотографије Тома Брунса, нека права задржана (ЦЦ-БИ-НЦ).

Параситиц Цхитридс

Слика (ПагеИндек{2}): Ова слика приказује Мицромицес зигогониа (Цхитридиомицота), паразит са шиљастим структурама (просори), унутар ћелија алге Спирогира. Пхото Цредит Фахренхеит_66, ЦЦ-БИ-НЦ.

Слика (ПагеИндек{3}): На овим сликама, део хитрида који можете видети је велика, лоптаста структура причвршћена за спољашњу страну дијатомеје. Ово је део талуса где се праве споре. „Хитридни паразити морских дијатомеја. (А) Цхитрид спорангиа на Плеуросигма сп. Бела стрелица указује на оперкулисану исцедну пору. (Б) Ризоиди (бела стрелица) који се протежу у домаћину дијатомеја. (Ц) Агрегати хлорофила локализовани на местима инфекције (бела стрелица ). (Д и Е) Појединачни домаћини који носе вишеструке зооспорангије у различитим фазама развоја. Бела стрелица на панелу Е истиче гранасте ризоиде. (Ф) Ендобиотске спорангије налик на китриде унутар дијатомејске фрустуле. Шипке = 10 μм. За више детаља погледајте: Хасет БТ, Градингер Р (2016) „Хитриди доминирају арктичким морским гљивичним заједницама“. Енвирон Мицробиол, 18(6):2001–2009." Непознати аутор, ЦЦ БИ 4.0, преко Викимедијине оставе.

Слика (ПагеИндек{4}): Паразит на геранијуму, ово Синцхитриум папиллатум (Цхитридиомицота) формира ружичасте израслине на чашици и петељци ових цветова. Фото: Јамес Баилеи, нека права задржана (ЦЦ БИ-НЦ).

Слика (ПагеИндек{5}): Вероватно најзлогласнији цхитрид, Батрацхоцхитриум дендробатидис (Цхитридиомицота) изазива смртоносну инфекцију коже код многих водоземаца. Овај сада широко распрострањени инвазивни патоген доприноси глобалном паду и изумирању водоземаца. Фотографија Јонатхана (ЈЦ) Царпентер, нека права задржана (ЦЦ БИ-НЦ).


11.2 – Класификације гљива

До краја овог одељка моћи ћете да урадите следеће:

  • Идентификујте гљиве и ставите их у пет главних типова према тренутној класификацији
  • Опишите сваки тип у смислу главних репрезентативних врста и образаца размножавања

Краљевство гљива садржи пет главних типова који су установљени према њиховом начину сексуалне репродукције или коришћењем молекуларних података. Полифилетске, неповезане гљиве које се размножавају без сексуалног циклуса, некада су због погодности стављене у шесту групу, Деутеромицота, названу „филум облика“, јер су на површини изгледале сличне. Међутим, већина миколога је прекинула ову праксу. Брзи напредак у молекуларној биологији и секвенционирање 18С рРНА (рибозомалне РНК) настављају да показују нове и различите односе међу различитим категоријама гљива.

Пет правих типова гљива су Цхитридиомицота (Цхитридс), Зигомицота (коњуговане гљиве), Асцомицота (гљиве са врећама), Басидиомицота (клубне гљиве) и недавно описани Пхилум Гломеромицота ((Слика)).



Еколошки значај паразита

Паразити су важне компоненте еколошких заједница (Тхомас ет ал., 2005 Хатцхер и Дунн, 2011). Они имају потенцијал да регулишу популације домаћина, посредују у међуспецифичној конкуренцији између домаћина и других врста, одржавају генетски полиморфизам и биодиверзитет и утичу на структуру заједнице. Ипак, ефекти паразита и болести на мрежу исхране и динамику екосистема су до недавно били занемарени (Полис и Стронг, 1996 Марцоглиесе и Цоне, 1997). Ново истраживање сугерише да паразити имају потенцијал да промене топологију мреже хране, стабилност, снагу интеракције и проток енергије (Лафферти, 2006 Курис ет ал., 2008 Лафферти ет ал., 2008).

Паразити обично функционишу као плен унутар екосистема (Јохнсон ет ал., 2010 Тхиелтгес ет ал., 2013). Постоје два главна начина на које паразити постају плен. Предатори могу или да конзумирају заражене домаћине паразита (попратна грабежљивост) или њихову животну фазу у слободном пливању (Јохнсон ет ал., 2010). Многи водени паразити, укључујући вирусе, цхитриде, трематоде и нематоде, имају стадијум слободног пливања који може бити предмет грабежљиваца (Гонзалез и Суттле, 1993 Кагами ет ал., 2004 Курис ет ал., 2008 Јохнсон ет ал., 2010) . Цхитридиомицота (цхитридс) су једна од доминантних група паразита у воденим екосистемима. Слободноживи зооспорични стадијум хитрида активно тражи и инфицира ћелије домаћина, извлачећи хранљиве материје и развијајући се у зреле спорангије које ослобађају нове зооспоре (Цантер, 1967, слика 1). Постоји више од 700 врста цхитрида за које је познато да инфицирају фитопланктон, зоопланктон, гљиве, биљке и бескичмењаке (Спарров, 1960 Глеасон ет ал., 2008). Овде, у овом прегледу, ми се углавном фокусирамо на паразитске хитриде који инфицирају фитопланктон и објашњавамо њихову улогу у мрежама водене хране као плена за зоопланктон путем &#к0201Цмицолооп&#к0201Д пута (Кагами ет ал., 2007а).

Слика 1. Дијаграм &#к0201Цмицолооп.&#к0201Д Паразитске хитриде могу пренети материјал са великог нејестивог фитопланктона у зоопланктон. Зооспоре Цхитридс су одлична храна за зоопланктон у смислу величине (2&#к020135 &#к003БЦм у пречнику), облика, нутритивног квалитета (богате ПУФА и холестеролом). Велике колоније фитопланктона домаћина такође могу бити фрагментисане инфекцијама цхитрида и постати јестиве за зоопланктон. С друге стране, заражене колоније домаћина могу остати нејестиве Дафнија, или чак постају мање јестиви због агрегатног формирања ћелија. Те агрегације могу брже тонути и утицати на кружење материјала у језерима.


Зигомицота: Коњуговане гљиве

Зигомицети су релативно мала група гљива које припадају типу Зигомицота. Они укључују познати калуп за хлеб, Рхизопус столонифер, који се брзо шири на површинама хлеба, воћа и поврћа. Већина врста су сапробе, живе од распадајућег органског материјала, а неколико је паразита, посебно инсеката. Зигомицети играју значајну комерцијалну улогу. Метаболички производи других врста Рхизопус су интермедијери у синтези полусинтетичких стероидних хормона.

Зигомицети имају стеј коеноцитних хифа у којима су језгра хаплоидна када је организам у вегетативној фази. Гљиве се обично размножавају асексуално стварањем спорангиоспора (Слика 2). Црни врхови плесни за хлеб су набрекле спорангије препуне црних спора (Слика 3). Када споре падају на одговарајућу подлогу, оне клијају и стварају нови мицелијум. Полна репродукција почиње када услови постану неповољни. Два супротна соја парења (тип + и тип –) морају бити у непосредној близини да би се гаметангија из хифа створила и спојила, што би довело до кариогамије. Диплоид у развоју зигоспоре имају дебелу длаку која их штити од исушивања и других опасности. Они могу остати у стању мировања све док услови животне средине не буду повољни. Када зигоспора проклија, она пролази кроз мејозу и производи хаплоидне споре, које ће, заузврат, прерасти у нови организам. Овај облик сексуалне репродукције код гљива назива се коњугација (иако се значајно разликује од коњугације код бактерија и протиста), што је довело до назива „коњуговане гљиве“.

Слика 2. Зигомицети имају асексуални и асексуални животни циклус. У сексуалном животном циклусу, плус и минус типови парења се коњугирају и формирају зигоспорангијум.

Слика 3. Спорангије расту на крајевима стабљика, које изгледају као (а) бела длака која се види на овом калупу за хлеб, Рхизопус столонифер. (б) врхови плесни за хлеб су спорангије које садрже споре. (заслуге б: модификација рада од “поландезе”/Флицкр)


3. Процесно инжењерство и генетичко инжењерство

Комбинација приступа процесног инжењеринга и генетског (молекуларног) инжењеринга може помоћи успешном преношењу анаеробних гљива из њиховог природног станишта код биљоједа у ефикасну експлоатацију у индустријској производњи биогорива. Дисциплина процесног инжењерства ће бити неопходна да би се синтетички створило погодно станиште и окружење у којем неприродно велика популација анаеробних гљива може отпорно напредовати као монокултура или ко-култура у одсуству животиње домаћина. Примена процесног инжењеринга треба да укључи пажњу на аспекте дизајна као што су структура посуда за ферментацију, чврсте и течне количине и времена задржавања, одговарајућа инокулација и режими храњења биљне биомасе (серијски или континуирани). Генетски инжењеринг пружа могућност манипулације анаеробним гљивичним ћелијама и искоришћавања њиховог генетског потенцијала у сврху већег приноса производа, повећане отпорности на животну средину и брже хидролизе лигноцелулозног материјала. Стога ће се у овом одељку расправљати о тренутном напретку, изазовима и будућим циљевима који се односе на постизање и оптимизацију индустријске употребе анаеробних гљива путем оба приступа.

3.1. Процесна техника

Према Дал Понту [55], процесни инжењеринг се може сажети као разумевање и примена основних принципа и закона природе који нам омогућавају да трансформишемо сировине и енергију у производе који су корисни друштву, на индустријском нивоу. За сада, разумевање анаеробних гљива је далеко од тога да су у стању да трансформишу лигноцелулозне супстрате у енергетске производе биогорива који су корисни друштву на индустријском нивоу. Штавише, важно је подвући значај анаеробне гљивичне нише у дигестивном тракту сисара када се разматрају могућности и изазови за њихову биотехнолошку експлоатацију. С једне стране, смена генерација између репродуктивних покретних зооспора и бентоских, вегетативних гљивичних стена представља ограничења (свакако за моноцентричне гљиве) која се морају прихватити ако желимо да се успешно узгајају у индустријским процесима. С друге стране, много тога се може научити и потенцијално искористити (посебно из инжењерске перспективе) из детаљног разумевања начина на који анаеробне гљиве напредују и деконструишу лигноцелулозне супстрате у свом природном станишту.

3.1.1. Анаеробне гљиве у анаеробној дигестији (АД)

Анаеробне гљиве се налазе и лако се изолују у култивисаном облику из дигестивног тракта великих сисара биљоједа. У овим срединама, лигноцелулозних супстрата има у изобиљу, а кисеоника нема. Многа друга анаеробна окружења садрже обиље лигноцелулозе и могу такође подржавати анаеробне гљиве. На пример, аноксичне зоне на депонијама, аноксична муља и мочвара и наменски изграђени анаеробни дигестори. Више студија је показало да се ДНК екстрахован са ових места недвосмислено мапира у Неоцаллимастигомицота, што сугерише да анаеробне гљиве могу бити присутне и да нису искључиво становници црева [20,21,56,57,58,59,60,61]. Међутим, преваленција великог броја структура за преживљавање отпорних на стрес у фецесу биљоједа сисара значи да ће њихови мотиви нуклеинске киселине бити у изобиљу и широко распрострањени у природи. Стога је за очекивати да ће се молекуларни потписи анаеробних гљива наћи у широком спектру станишта ван гастроинтестиналног тракта, где год се депонује фекалија. Детекцију фрагмената нуклеинске киселине који припадају анаеробним гљивама на овим локацијама не треба узимати као доказ њихове способности да се подвргну вегетативном расту и репродукцији. Тамо где су анаеробне гљиве тражене на депонијама коришћењем методологије културе, оне нису пронађене [62].

У новијим истраживањима, неколико студија је истраживало употребу анаеробних гљива за биоаугментацију у биљкама индустријске анаеробне дигестије (АД) [57,58,63,64,65]. Образложење за закључак о улози анаеробних гљива у АД имплицира аналогију са екосистемом дигестивног тракта. У оба окружења сложени молекули биљног порекла се претварају у једноставне органске молекуле. Образложење је такође свесно чињенице да анаеробне гљиве у свом природном станишту формирају стабилне, синтрофне ко-културе са метаногеним архејама [5,66,67]. Ако би се анаеробне гљиве могле успешно користити у АД постројењу, могле би омогућити да лигноцелулоза постане главна сировина, што представља важну промену корака у процесу биоремедијације. У индустријским АД биљкама пронађени су генетски мотиви анаеробних гљива. У једној студији, 10 комерцијалних биљака у Немачкој испитано је ради транскрипционе активности [57]. Пронађена је анаеробна гљивична 18С ДНК, али само у биљкама које су примале сточни стајњак и од њих је пронађено да само две садрже транскрипте ГХ5 ендонуклеазе, што указује на метаболичку активност. Други су такође пронашли генетске мотиве анаеробних гљива у дигесторима који су храњени стајњаком, на депонијама и у блату језера и потока у близини земљишта које пасе стока [58,59,60].

Познато је да анаеробне гљиве производе фазу преживљавања која може постојати много месеци у осушеним сточним фекалијама [20,21,68]. Такође се могу лако изоловати у култивисаном облику из сточног стајњака и стајњака [59,61]. Већина изолата анаеробних гљива проучаваних у лабораторији добијена је из измета стоке. Стога се чини неизбежним да ће генетски мотиви анаеробних гљива бити откривени у биореакторима, депонијама или воденим екосистемима у које се намерно или случајно уноси сточно ђубриво. Стога је неопходно спровести ову врсту истраживања у складу са Коцховим постулатима, да се изолују, поново уведу и поново изолују одрживе културе, пре него што се припише улога анаеробним гљивама у АД окружењу, или заиста у било којој студији биоаугментације.

3.1.2. Дизајн биореактора и инжењеринг станишта

Многе технике које се користе за култивацију анаеробних гљива у лабораторији засноване су на методама које су развили Хунгате [69], Брајант [70], Хунгате и Мацеи [71] и Миллер и Волин [72]. Уз релативно мало изузетака, ове методе, заједно са поступцима набрајања и одређивања раста Јоблина [41] и Тхеодороуа ет ал. [43,73], користе се за рутинско култивисање и одржавање анаеробних гљива у лабораторијским размерама. Ову предметну област недавно су прегледали Хаитјема ет ал. [37]. Уопштено говорећи, анаеробне гљиве се узгајају на 39 &#к000б0Ц без мешања у малим шаржним културама (од 10&#к02013100 мЛ запремине културе) у стакленим цевима или боцама са дебелим зидовима затвореним гаснепропусним чеповима. Да би се задржала одрживост културе, анаеробне гљиве се морају одржавати у секвенцијалној шаржној култури, са интервалом трансфера од 2 до 7 дана [37]. Док су неке анаеробне гљиве узгајане на дефинисаним подлогама [74], бољи раст се постиже на сложеним подлогама где је стерилна течност бурага (10&#к0201315%) суштинска компонента свих таквих подлога. Проблеми повезани са одрживошћу културе и захтевом за течношћу бурага у медијумима за културу вредни су пажње као препреке за раст анаеробних гљива у биореакторима већих размера. Потреба за течношћу бурага је посебно ограничење за повећање и потребно је истраживање да би се разјаснили они фактори у течности бурага који су неопходни за стимулисање раста гљивица.

Зху ет ал. [75,76]. У својим истраживањима, континуираним елуирањем узгојних култура свежом подлогом за узгој, успели су да узгајају анаеробну гљиву у све већим концентрацијама, до 80 г суве материје (ДМ) Л &#к022121 пшеничне сламе. Коришћењем вишеканалне перисталтичке пумпе за испоруку свежег медијума за културу у неколико боца за културу пошто је истрошени медијум уклоњен, ови аутори су били у могућности да прате реплициране културе и направе поређења третмана. У поређењу са резултатима добијеним из конвенционалних шаржних култура, где се гљива узгаја на само 10 г ДМ Л &#к022121 пшеничне сламе, њихове културе континуираног протока производе до 20 пута више ензима који разграђују ћелијске зидове (ЦМЦасе и &#к003б2 -глукозидаза) [75]. У поређењима која укључују анаеробне гљиве узгајане на 80 г ДМ Л &#к022121 пшеничне сламе у серијским или континуираним културама, произведено је до 30 пута више ензима који разграђују ћелијске зидове [76]. Док је само 5&#к020139% ДМ пшеничне сламе изгубљено у шаржним културама узгајаним на 80 г ДМ Л &#к022121, током истог периода инкубације, 52&#к0201356% је изгубљено у упоредивим културама са континуираним протоком [76]. Културе континуираног протока које су описали Зху ет ал. [75,76], иако није репрезентативан за конвенционалне системе континуиране културе где се уклања супстрат као и медијум за културу, обезбедио је једноставан и ефикасан начин узгоја анаеробних гљива на високим концентрацијама биљне биомасе које су приближне онима које се налазе у бурагу. Аутори су закључили да је коришћењем испирања медија за уклањање накупљања токсичних крајњих производа ферментације, гљива била у стању да разгради знатно више пшеничне сламе, произведе знатно веће количине ензима за разградњу биљне биомасе и преживи значајно дуже време у континуираног тока за разлику од шаржних култура. У својој публикацији из 1997. Зху ет ал. [76] су закључили да анаеробне гљиве и културе са континуираним током могу имати индустријски потенцијал. Ефекат укључивања метаногених и/или других неметаногених бактерија у културе континуираног протока уз анаеробне гљиве нуди интригантне могућности и чека даља истраживања. Важне компоненте ферментације у бурагу, као што су високе концентрације ДМ, анаеробни услови, селективно задржавање честица, уклањање токсичних крајњих производа и импулсно додавање супстрата, мораће се узети у обзир када се развија одговарајући систем ферментације за анаеробне гљиве.

3.1.3. Ферментација чврстог супстрата

Ферментација чврстог супстрата је процес у коме микроорганизми ферментирају супстрат у одсуству слободне воде или са веома ниским садржајем слободне воде [77,78]. За разлику од бактерија, филаментозне аеробне гљиве могу да расту на супстрату у одсуству слободне воде коришћењем везане воде у супстрату [79,80]. Аеробне гљиве које расту на лигноцелулозним супстратима имају тенденцију раста линеарно, а не експоненцијално [81]. Индустријске примене за микроорганизме као нпр Трицходерма и Аспергиллус укључују биореакторе за потопљене културе, али ове гљиве су високо прилагођене и генетски модификоване за ову сврху [82,83]. У свом природном станишту, ове гљиве расту на чврстим подлогама и нису потопљене у подлоге за културу. Под овим околностима, иу овој специфичној ниши, гљиве захтевају различите ензиме, ћелијске структуре и метаболите од оних које се узгајају у потопљеној култури [84,85,86]. Последњих година постоји велико интересовање за искориштавање аеробних гљива у сврху ферментације чврстог супстрата [78] и неки од усвојених приступа могу бити применљиви на анаеробне гљиве. Слика 2 представља, у шематском формату, дизајне биореактора који могу бити погодни за индустријско коришћење анаеробних гљива. Иако се напомиње да зооспоре анаеробних гљива постоје у течном окружењу, њихови вегетативни тали расту директно на нерастворљивим супстратима и стога је могуће прилагодити постојеће методологије ферментације чврстих супстрата за узгој анаеробних гљива у индустријском обиму. Системи културе који се уобичајено користе за ферментацију чврстог супстрата у индустрији су статички биореактори (фиксни слој и перфориране посуде), биореактори са мешањем (хоризонтални бубањ, континуирано/повремено пулсирајући) и биореактори за мешање (ротирајући бубањ) [78].

Шематски дизајн биореактора и анаеробног дигестора за индустријско коришћење анаеробних гљива. Лигноцелулозни (сплав) слој се формира услед плутања биомасе док анаеробне гљиве ферментирају свој супстрат: (а) анаеробни дигестор уз ток у коме се узгајају анаеробне гљиве &#к000б1 метаногени за производњу ЦХ4, Х2 и ЦО2 (б) анаеробни дигестор са утикачем (ц) биореактор са континуираним протоком са повременим храњењем супстрата и (д) биореактор са високим садржајем суве материје (чврсто стање) где анаеробне гљиве &#к000б1 метаногени расту директно на влажној подлози. Биореактор се испере са ЦО2 влажна подлогом за културу. Супстрат се напаја серијски и резидуална лигноцелулоза се може користити низводно у биотехнолошким процесима.

У поређењу са потопљеном културом, ферментације чврстог супстрата су мање подложне бактеријској контаминацији јер је већини бактерија потребно течно окружење да би расле и/или формирале биофилм на површини супстрата [78,87]. Хидролитички ензими у системима ферментације у чврстом стању су такође мање склони инхибицији супстрата [78,87]. Ако су секундарни метаболити, ензими или слободни шећери жељени крајњи производ у ферментацији у чврстом стању, онда произведени висококонцентровани ефлуент служи да елиминише потребу за скупим додатним низводним корацима концентрације [78,87]. Насупрот томе, потопљена ферментација има предности лакше контроле параметара као што су пХ, температура и одвајање супстрата од крајњих производа [88]. Како су многи постојећи дизајни ферментора са чврстим супстратом отворени за атмосферу, одржавање стриктно анаеробног окружења биће кључни изазов повезан са прилагођавањем ферментације чврстог супстрата за употребу са анаеробним гљивама. Поред тога, одсуство течног медијума представља додатне изазове јер пуферски капацитет медијума за раст и одсуство редукционих агенаса представљају ризик од токсичности кисеоника која убија гљивицу. Без обзира на то, могло би бити изводљиво развити систем континуиране културе заснован на дигестору са чепним протоком са веома високим садржајем чврстих материја, суспендованим у високо концентрованом медијуму за раст, слично системима континуираног протока на клупи које су истраживали Зху ет ал. [75,76].

3.2. Генетски инжењеринг

Анаеробне гљиве имају велике геноме (

100&#к02013200 Мб) прилагођен за коришћење биљне материје и преживљавање у гастроинтестиналном тракту биљоједа сисара [37,89]. Соломон и др. [4] су открили да гљиве добијене од коња, оваца и коза садрже више гена који кодирају ензиме активне угљене хидрате (ЦАЗимес) него било који други микроорганизам. Многи од ових ЦАЗимес-а се налазе у великим мултипротеинским целулозомима који омогућавају гљивици да разбије лигноцелулозну биомасу на синергистички начин [37]. Упркос историјском и недавном напретку у овој области, састав ових екстрацелуларних ензима&#к02013целулозомских комплекса није добро описан и нејасно је да ли се целулозоми гљивица претежно излучују или везују за ризоидне или луковичасте структуре [37,90,91]. Са гљивичним генетским инжењерингом за манипулисање селективношћу производа и приносом, анаеробне гљиве показују велики потенцијал за обраду сирове биомасе у једном кораку. Реализација овог циља захтеваће развој робусних генетских алата за анаеробне гљиве (слика 3). Паралелно, јединствени и разноврсни арсенал ензима које користе ови организми [4] подстакао је напоре да се експримирају природни гљивични гени у другим домаћинима (хетеролошка експресија).

Анаеробне гљиве показују велики потенцијал за развој нових генетских алата и хетерологну експресију за производњу биогорива. Плаве тачке представљају уметнуте или модификоване протеине, на пример, флуоресцентни репортер везан за целулазу која је закуцала. Гљиве или хетерологни домаћини могу се развити за побољшане фенотипове, као што је Х2 производње.

Као оквир за истраживање, Вилкен ет ал. развио метаболички модел на нивоу генома за Н. ланати, анаеробна цревна гљива изолована из овчијег измета [74]. Овај модел је потврђен анализом метаболичког флукса 13 Ц која је идентификовала токове угљеника кроз гликолизу, циклус трикарбоксилне киселине и у хидрогенозому. За побољшани Х2 производња, будући напори генетског инжењеринга могу се фокусирати на усмеравање флукса кроз хидрогенозом. Ова органела и путеви унутар ње нису добро окарактерисани, при чему пируват фередоксин оксидоредуктаза и/или пируват формат лиаза потенцијално играју важну улогу у Х2 производња [74]. Будући развој сојева који нокаутирају ензиме може потврдити критичне путеве и омогућити скрининг и евалуацију соја како би се добиле продуктивније варијанте ензима и организма. Други потенцијални циљеви биогорива укључују етанол и бутанол, произведене инжењерским сојевима са модификованим активностима алкохол дехидрогеназе и алдехид дехидрогеназе. Повећана производња испарљивих масних киселина такође може бити корисна када се упарује са другим микроорганизмима за производњу биогорива.

3.2.1. Трансформација

Обавезно анаеробна природа и сложен животни циклус [92,93,94] представљају изазове за генетски инжењеринг ових гљива. До сада није било извештаја о стабилној генетској трансформацији анаеробних гљива. Трансформација захтева улазак стране ДНК у организам и интеграцију у геномску ДНК домаћина или одржавање кроз реплицирајуће структуре као што су плазмиди или вештачки хромозоми.

С обзиром на очекивану ниску ефикасност трансформације техника описаних овде, биће важно користити робустан маркер селекције. Први извештај о трансформацији анаеробне гљиве описао је пролазну експресију гена &#к003б2-глукуронидазе под контролом претпостављеног промотера енолазе користећи приступ биолистичког уређаја (гене гун) [95]. Међутим, ови експерименти су спроведени без икаквог притиска селекције за испоручени ген, а плави пигмент настао након третмана супстратом након трансформације није се појавио 7 дана након трансформације. Пријављено је да су анаеробне гљиве осетљиве на хигромицин Б [96], а трансформација са маркером резистенције може потенцијално бити корисна шема селекције. Шема која користи хпх ген који кодира хигромицин Б фосфотрансферазу је најчешћи метод селекције који се користи код филаментозних (аеробних) гљива [97]. Истраживање анаеробних гљивичних аутотрофа такође може бити плодоносно, јер би омогућило стратегије комплементарности. Сојеви дивљег типа квасца као нпр Саццхаромицес помбе, С. церевисиае и Цандида албицанс су осетљиви на 5-флуорооротску киселину (5-ФОА) због природне експресије оротидин-5-монофосфат декарбоксилазе (ОМП декарбоксилазе, кодиране геном УРА3). У квасцима, УРА3 је укључен у биосинтезу урацила, а сојеви са недостатком УРА3 зависе од додатка урацила за раст. Анаеробне гљиве се могу узгајати у дефинисаним подлогама без додатка урацила [98], а објављени геноми садрже наводну ОМП декарбоксилазу [4,37,89], и стога је вероватно да ће бити осетљиве на 5-ФОА. Стратегија која укључује нокаутирање хомолога УРА3 и селекцију са 5-ФОА заслужује даљу истрагу ради селекције.

Због чињенице да је вегетативни стељ у моноцентричним анаеробним гљивама лишен ДНК и пошто се наводи да гљивичне зооспоре имају релативно танке, нехитинске, флексибилне ћелијске зидове [99], зооспоре су циљане као фаза животног циклуса која је најпогоднија за испорука нуклеинске киселине и инжењеринг сојева. Цалкинс ет ал. [100] описао је протокол за сакупљање зооспора Пецорамицес руминантиум а касније су показали рушење лактат дехидрогеназе посредовано интерференцијом РНК [101]. Интерференција РНК (РНАи) је природно примећена и користи се у многим организмима за смањење броја транскрипта мРНК (а тиме и броја протеина) мета [102]. Цалкинс и сарадници [101] су идентификовали гене потребне за РНАи у геному П. руминантиум и синтетизовала дволанчану РНК која кодира део од 21 базног пара у транскрипту лактат дехидрогеназе. Они су инкубирали ову РНК са сакупљеним зооспорама и приметили значајно смањење експресије циљног гена (25% нетретираног) и производње лактата (14% нетретираног) у размножаној гљивичној маси. Овај рад представља обећавајући доказ концепта метаболичког инжењеринга у анаеробним гљивама и отвара неколико занимљивих путева истраживања. Међутим, пратећа смањење регулације лактат дехидрогеназе била је нежељена и неспецифична регулација додатних 29 транскрипата. Потребно је додатно механичко истраживање циљања сиРНА, укључујући разумевање трајања ефекта и генерализације на друге гене и путеве.

Недавни извештај Сваффорда ет ал. [103] детаљно описује електропорацију блиско повезаних бластоклада Батрацхоцхитриум дендробатидис и Б. саламандриворанс. Електропорација је широко коришћена метода генетске трансформације, у којој су циљне ћелије изложене високом електричном пољу (обично 250&#к020133000 В/цм) у присуству ДНК. Сматра се да електрично поље изазива привремене рупе у ћелијској мембрани и накнадни улазак ДНК [103]. У студији коју су спровели Сваффорд и колеге, параметри електропорације (облик импулса, напон и тајминг) су оптимизовани за улазак декстрана и одрживост, што је резултирало са 95% зооспора које преузимају терет и стопом преживљавања од 41&#к0201371%, квантификованом проточном цитометријом и покретљивошћу. , редом. Аутори су приметили да чак и без електропорације, неке зооспоре показују перићелијску флуоресценцију због интеракција са ћелијским зидом декстрана, а анализа електропорисаних ћелија показала је интрацелуларни сигнал, потврђујући унос. Поред тога, аутори примећују да је ефикасност електропорације била веома зависна од извора декстрана, што има импликације на проширење на трансформацију ДНК. Састављање нуклеинских киселина у полиплексе, како се примењује у области генске терапије [104], може бити неопходно за високоефикасну трансформацију анаеробних гљива. Штавише, унос и постојаност ДНК зависе од дугорочног преживљавања и деобе, и могуће је да електропорисане зооспоре могу преживети у почетку, али не успеју да се енцистирају и размножавају. Пажљива квантификација размножавања зооспора, кроз одређивање јединице формирања талуса (ТФУ) [39], или мерења притиска гаса [73], биће важна за валидацију протокола, посебно када се генеришу велике и разноврсне библиотеке гена.

Друге методе за испоруку нуклеинске киселине у немоделне организме су вредне даљег истраживања у њиховој примени на анаеробне гљиве. Агробацтериум тумефациенс је природна бактерија циљана на биљке која је коришћена за интеграцију ДНК у филаментозне гљиве, нпр. Аспергиллус. Овај систем је коришћен за уметање ДНК у специфичне регионе у ДНК домаћина преко ЦРИСПР/Цас9. Међутим, Агробацтериум-посредована трансформација захтева продужену (&#к0003е36 х) коинкубацију на температурама испод 30 &#к000б0Ц, док Неоцаллимастик grows best at 39 ଌ, and is capable of growth only between 33 ଌ and 41 ଌ [105]. The reconciliation of growth conditions is a necessary first step for developing a general Агробацтериум-mediated transformation protocol for anaerobic gut fungi.

3.2.2. Heterologous Expression

While there is a growing effort to directly genetically manipulate anaerobic fungi, the challenges posed by these non-model organisms make the expression of genes of interest in model systems, like Есцхерицхиа цоли и С. церевисиае, appealing. A comprehensive list of reports of heterologous expression of anaerobic fungal proteins is available in Flad et al. [3]. Jones et al. [18] reported the expression and structural characterisation of anaerobic fungal glycoside hydrolases in Е. цоли, finding that arabinose-containing disaccharides were released by enzymatic digestion of plant-derived arabinan and arabinoxylan. In 2011, Jin reported the heterologous expression of endo-β-1,4-glucanase (EG) from an Orpinomyces strain in T. reesei [106]. Importantly, this required codon optimisation of the natively AT-rich anaerobic fungal gene. Wilken et al. describe a codon optimisation table, as well as amino acid and nucleotide-level abundance profiling of several fungal genomes, which would warrant consideration for construct design and engineering strategy development [107]. Seppälä et al. [108] expressed fluoride exporter proteins from several Neocallimastix strains in С. церевисиае and found a higher activity variant than the wild type С. церевисиае exporter, contributing to a higher fluoride tolerance.

Despite the rapid pace of progress in the heterologous expression of fungal enzymes, the complex, yet biotechnologically valuable anaerobic fungal cellulosome has yet to be expressed in a model organism, although en route to synthetic fungal cellulosome construction, dockerin-fused fungal enzymes have been expressed in yeast and Е. цоли [90]. Many heterologous proteins sourced from anaerobic fungi struggle to achieve soluble expression in model microbes, even after careful codon optimisation. This may be due to the inability of native-like post-translational modifications in the heterologous host, activation of stress responses in the host, or both [109]. Insertion of anaerobic fungal genes in currently more genetically tractable organisms can enable the use of typical protein engineering techniques such as directed evolution and structure-aided design. The creation of large protein libraries in С. церевисиае и Е. цоли, in some cases exceeding 10 8 variants, makes the high throughput screening of variants possible. Once an optimal variant is identified, it can be further refined and potentially retro-inserted into the original host, completing the development cycle. This methodology may be particularly relevant for anaerobic fungi, which are exceptional lignocellulosic degraders, but not highly genetically tractable, towards efficient production of biofuels.


Резиме

Fungi play a dominant role in terrestrial environments where they thrive in symbiotic associations with plants and animals and are integral to nutrient cycling in diverse ecosystems. Everywhere that moisture and a carbon source coexist in the terrestrial biosphere, fungi are expected to occur. We know that fungi can be devastating to agricultural crops, both in the field and during their storage, and cause mortality in immunocompromised patients in numbers that rival the deaths from malaria. Yet fungi can also be harnessed as sources of food, chemicals and biofuels when humans exploit fungal metabolism. Despite their central role in the health and disease of the terrestrial biosphere, much less is known about the function and potential of marine fungi. Are fungi ubiquitous in marine environments as they are on land? Do they play the same or similar roles in these ecosystems? Here we describe the state of knowledge about the abundance and functions of fungi in the marine environment with a goal to stimulate new inquiry in this very open area.


Supplementary Information

Fungi that are well adapted and constantly active in aquatic habitats.

Fungi that are less adapted to and only periodically active in aquatic habitats.

Fungi that are little adapted to and only sporadically active in aquatic habitats.

A mechanism whereby atmospheric carbon is sequestered by vertical transfer to deep waters and sediments.

Pulsed event-based disturbances referring to strong single events such as storms and droughts.

Long-term anthropogenic disturbances

Gradually increasing press disturbances such as global climate change or urbanization, both leading to species loss and shifts in community composition.

A fungus in symbiosis with a vascular plant via the root in the rhizosphere.

Fungi parasitizing on other fungi.

Parasites of a host that is also a parasite.

The precursor ribosomal RNA (rRNA) is a prespliced, full-length transcribed ribosomal operon including all functional and spacer regions.


Референце

Berger, L. et al. Chytridiomycosis causes amphibian mortality associated with population declines in the rain forests of Australia and Central America. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 95, 9031–9036 (1998). First study detailing the discovery of amphibian chytridiomycosis and linking chytrid fungi to amphibian declines.

Longcore, J. E., Pessier, A. P. & Nichols, D. K. Batrachochytrium dendrobatidis gen et sp nov, a chytrid pathogenic to amphibians. Mycologia 91, 219–227 (1999). Naming of Batrachochytrium dendrobatidis and description of its lifecycle.

Fisher, M. C., Garner, T. W. J. & Walker, S. F. Global emergence of Batrachochytrium dendrobatidis and amphibian chytridiomycosis in space, time, and host. Анну. Рев. Мицробиол. 63, 291–310 (2009).

Scheele, B. et al. Amphibian fungal panzootic causes catastrophic and ongoing loss of biodiversity. Наука 363, 1459–1463 (2019). Analysis of the temporal emergence of chytridiomycosis and the numbers of amphibian species affected.

Martel, A. et al. Batrachochytrium salamandrivorans sp nov causes lethal chytridiomycosis in amphibians. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 110, 15325–15329 (2013). Discovery of Batrachochytrium salamandrivorans and description of its lifecycle.

Houlahan, J. E., Findlay, C. S., Schmidt, B. R., Meyer, A. H. & Kuzmin, S. L. Quantitative evidence for global amphibian population declines. Природа 404, 752–755 (2000).

Berger, L., Hyatt, A. D., Speare, R. & Longcore, J. E. Life cycle stages of the amphibian chytrid Batrachochytrium dendrobatidis. Dis. Aquat. Organ. 68, 51–63 (2005).

Boyle, D. G., Boyle, D. B., Olsen, V., Morgan, J. A. T. & Hyatt, A. D. Rapid quantitative detection of chytridiomycosis (Batrachochytrium dendrobatidis) in amphibian samples using real-time Taqman PCR assay. Dis. Aquat. Organ. 60, 141–148 (2004).

Olson, D. H. & Ronnenberg, K. L. Global Bd Mapping Project: 2014 update. FrogLog 22, 17–21 (2014).

Stegen, G. et al. Drivers of salamander extirpation mediated by Batrachochytrium salamandrivorans. Природа 544, 353–356 (2017).

Martel, A. et al. Recent introduction of a chytrid fungus endangers Western Palearctic salamanders. Наука 346, 630–631 (2014). Discovery of the Southeast Asian origins of B. salamandrivorans and its restricted host range.

Laking, A. E., Ngo, H. N., Pasmans, F., Martel, A. & Nguyen, T. T. Batrachochytrium salamandrivorans is the predominant chytrid fungus in Vietnamese salamanders. Сци. Реп. 7, 44443 (2017).

Lips, K. R. et al. Emerging infectious disease and the loss of biodiversity in a Neotropical amphibian community. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 103, 3165–3170 (2006).

Carvalho, T., Becker, C. G. & Toledo, L. F. Historical amphibian declines and extinctions in Brazil linked to chytridiomycosis. Проц. Биол. Сци. 284, 20162254 (2017).

Weldon, C., Channing, A., Misinzo, G. & Cunningham, A. A. Disease driven extinction in the wild of the Kihansi spray toad (Nectophrynoides asperginis). Preprint at https://doi.org/10.1101/677971 (2019).

Boyle, D. G. et al. Cryo-archiving of Batrachochytrium dendrobatidis and other chytridiomycetes. Dis. Aquat. Organ. 56, 59–64 (2003).

Fisher, M. C. et al. Development and worldwide use of non-lethal, and minimal population-level impact, protocols for the isolation of amphibian chytrid fungi. Сци. Реп. 8, 7772 (2018).

Aanensen, D. M., Huntley, D. M., Feil, E. J., al-Own, F. & Spratt, B. G. EpiCollect: linking smartphones to web applications for epidemiology, ecology and community data collection. ПЛоС Оне 4, e6968 (2009).

Skerratt, L. F. et al. Spread of chytridiomycosis has caused the rapid global decline and extinction of frogs. Ecohealth 4, 125–134 (2007).

Morehouse, E. A. et al. Multilocus sequence typing suggests the chytrid pathogen of amphibians is a recently emerged clone. Мол. Ecol. 12, 395–403 (2003).

James, T. Y. et al. Rapid expansion of an emerging fungal disease into declining and healthy amphibian populations. PLoS Pathog. 5, e1000458 (2009).

Hudson, M. A. et al. Dynamics and genetics of a disease-driven species decline to near extinction: lessons for conservation. Сци. Реп. 6, 30772 (2016).

Joneson, S., Stajich, J. E., Shiu, S. H. & Rosenblum, E. B. Genomic transition to pathogenicity in chytrid fungi. PLoS Pathog. 7, e1002338 (2011).

Farrer, R. A. et al. Multiple emergences of genetically diverse amphibian-infecting chytrids include a globalized hypervirulent recombinant lineage. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 108, 18732–18736 (2011). First use of population genomics to describe patterns of B. dendrobatidis diversity and its timescale of emergence.

Farrer, R. A. et al. Chromosomal copy number variation, selection and uneven rates of recombination reveal cryptic genome diversity linked to pathogenicity. ПЛоС Генет. 9, e1003703 (2013).

Rosenblum, E. B. et al. Complex history of the amphibian-killing chytrid fungus revealed with genome resequencing data. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 110, 9385–9390 (2013).

Weldon, C., du Preez, L. H., Hyatt, A. D., Muller, R. & Speare, R. Origin of the amphibian chytrid fungus. Emerg. Infect. Dis. 10, 2100–2105 (2004).

Goka, K. et al. Amphibian chytridiomycosis in Japan: distribution, haplotypes and possible route of entry into Japan. Мол. Ecol. 18, 4757–4774 (2009).

Bataille, A. et al. Genetic evidence for a high diversity and wide distribution of endemic strains of the pathogenic chytrid fungus Batrachochytrium dendrobatidis in wild Asian amphibians. Мол. Ecol. 22, 4196–4209 (2013).

Rodriguez, D., Becker, C. G., Pupin, N. C., Haddad, C. F. B. & Zamudio, K. R. Long-term endemism of two highly divergent lineages of the amphibian-killing fungus in the Atlantic forest of Brazil. Мол. Ecol. 23, 774–787 (2014).

Talley, B. L., Muletz, C. R., Vredenburg, V. T., Fleischer, R. C. & Lips, K. R. A century of Batrachochytrium dendrobatidis in Illinois amphibians (1888–1989). Биол. Conserv. 182, 254–261 (2015).

O’Hanlon, S. J. et al. Recent Asian origin of chytrid fungi causing global amphibian declines. Наука 360, 621–627 (2018). Discovery of the East Asian origins of B. dendrobatidis using population genomics.

Tajima, F. Statistical-method for testing the neutral mutation hypothesis by DNA polymorphism. Генетика 123, 585–595 (1989).

Fong, J. J. et al. Early 1900s detection of Batrachochytrium dendrobatidis in Korean amphibians. ПЛоС Оне 10, e0115656 (2015).

Swei, A. et al. Is chytridiomycosis an emerging infectious disease in Asia? ПЛоС Оне 6, e23179 (2011).

Olson, D. H. et al. Mapping the global emergence of Batrachochytrium dendrobatidis, the amphibian chytrid fungus. ПЛоС Оне 8, e56802 (2013).

Byrne, A. Q. et al. Cryptic diversity of a widespread global pathogen reveals expanded threats to amphibian conservation. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 116, 20382–20387 (2019).

Fu, M. J. & Waldman, B. Ancestral chytrid pathogen remains hypervirulent following its long coevolution with amphibian hosts. Проц. Биол. Сци. 286, 20190833 (2019).

Lips, K. R., Diffendorfer, J., Mendelson, J. R. & Sears, M. W. Riding the wave: Reconciling the roles of disease and climate change in amphibian declines. PLoS Biol. 6, 441–454 (2008).

Murray, K. et al. The distribution and host range of the pandemic disease chytridiomycosis in Australia, spanning surveys from 1956–2007. Ecology 91, 1557–1558 (2010).

Laurance, W. F., McDonald, K. R. & Speare, R. Australian rain forest frogs: support for the epidemic disease hypothesis. Conserv. Биол. 10, 406–413 (1996).

Lips, K. R. Overview of chytrid emergence and impacts on amphibians. Philos. Транс. Р. Соц. Лондон. B Biol. Сци. 286, 20190833 (2016).

Fisher, M. C. & Garner, T. W. J. The relationship between the introduction of Batrachochytrium dendrobatidis, the international trade in amphibians and introduced amphibian species. Fungal Biol. Рев. 21, 2–9 (2007).

Walker, S. F. et al. Invasive pathogens threaten species recovery programs. Цурр. Биол. 18, R853–R854 (2008). Detection of long-distance transfer and introduction of African BdCAPE to Alytes muletensis on the Balearic island of Mallorca.

Valenzuela-Sanchez, A. et al. Genomic epidemiology of the emerging pathogen Batrachochytrium dendrobatidis from native and invasive amphibian species in Chile. Transbound. Emerg. Dis. 65, 309–314 (2018).

Jenkinson, T. S. et al. Amphibian-killing chytrid in Brazil comprises both locally endemic and globally expanding populations. Мол. Ecol. 25, 2978–2996 (2016).

Schloegel, L. M. et al. Novel, panzootic and hybrid genotypes of amphibian chytridiomycosis associated with the bullfrog trade. Мол. Ecol. 21, 5162–5177 (2012).

Greenspan, S. E. et al. Hybrids of amphibian chytrid show high virulence in native hosts. Сци. Реп. 8, 9600 (2018).

Doherty-Bone, T. et al. Amphibian chytrid fungus in Africa—realigning hypotheses and the research paradigm. Anim. Conserv. https://doi.org/10.1111/acv.12538 (2019).

Soto-Azat, C., Clarke, B. T., Poynton, J. C. & Cunningham, A. A. Widespread historical presence of Batrachochytrium dendrobatidis in African pipid frogs. Divers. Distrib. 16, 126–131 (2010).

Vredenburg, V. T. et al. Prevalence of Batrachochytrium dendrobatidis ин Ксенопус collected in Africa (1871–2000) and in California (2001–2010). ПЛоС Оне https://doi.org/10.1371/journal.pone.0063791 (2013).

Seimon, T. A. et al. Assessing the threat of amphibian chytrid fungus in the Albertine Rift: past, present and future. ПЛоС Оне https://doi.org/10.1371/journal.pone.0145841 (2015).

Hydeman, M. E. et al. Prevalence and genetic diversity of Batrachochytrium dendrobatidis in Central African island and continental amphibian communities. Ecol. Евол. 7, 7729–7738 (2017).

Bletz, M. C. et al. Widespread presence of the pathogenic fungus Batrachochytrium dendrobatidis in wild amphibian communities in Madagascar. Сци. Реп. 5, 8633 (2015).

Kolby, J. E. & Skerratt, L. F. Amphibian chytrid fungus in Madagascar neither shows widespread presence nor signs of certain establishment. ПЛоС Оне https://doi.org/10.1371/journal.pone.0139172 (2015).

Hirschfeld, M. et al. Dramatic declines of montane frogs in a central African biodiversity hotspot. ПЛоС Оне 11, e0155129 (2016).

Griffiths, S. M. et al. Genetic variability and ontogeny predict microbiome structure in a disease-challenged montane amphibian. ISME J. 12, 2506–2517 (2018).

Gower, D. J. et al. Batrachochytrium dendrobatidis Infection and lethal chytridiomycosis in caecilian amphibians (Gymnophiona). Ecohealth 10, 173–183 (2013).

Morgan, J. A. T. et al. Population genetics of the frog-killing fungus Batrachochytrium dendrobatidis. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 104, 13845–13850 (2007).

van de Vossenberg, B. T. L. H. et al. Comparative genomics of chytrid fungi reveal insights into the obligate biotrophic and pathogenic lifestyle of Synchytrium endobioticum. Сци. Реп. 9, 8672 (2019).

James, T. Y. et al. Disentangling host, pathogen, and environmental determinants of a recently emerged wildlife disease: lessons from the first 15 years of amphibian chytridiomycosis research. Ecol. Евол. 5, 4079–4097 (2015).

de Roode, J. C. et al. Virulence and competitive ability in genetically diverse malaria infections. Proc Natl Acad. Сци. сад 102, 7624–7628 (2005).

Karvonen, A., Rellstab, C., Louhi, K. R. & Jokela, J. Synchronous attack is advantageous: mixed genotype infections lead to higher infection success in trematode parasites. Проц. Биол. Сци. 279, 171–176 (2012).

Ghosh, P. The Ecology of Chytrid Lineages in Southern Africa. PhD thesis, Imperial College London (2019).

Farrer, R. A. et al. Genomic innovations linked to infection strategies across emerging pathogenic chytrid fungi. Нат. Цоммун. 8, 14742 (2017). Comparative and functional genomic description of batrachochytrid virulence.

Farrer, R. A. & Fisher, M. C. Describing genomic and epigenomic traits underpinning emerging fungal pathogens. Адв. Genet. 100, 73–140 (2017).

Abramyan, J. & Stajich, J. E. Species-specific chitin-binding module 18 expansion in the amphibian pathogen Batrachochytrium dendrobatidis. mBio. 3, e00150-12 (2012).

Van Rooij, P. et al. Development of in vitro models for a better understanding of the early pathogenesis of Batrachochytrium dendrobatidis infections in amphibians. Altern. Lab. Anim. 38, 519–528 (2010). First description of a skin explant model of chytridiomycosis.

Liew, N. et al. Chytrid fungus infection in zebrafish demonstrates that the pathogen can parasitize non-amphibian vertebrate hosts. Нат. Цоммун. 8, 15048 (2017). First description of a non-amphibian vertebrate model of chytridiomycosis.

Voyles, J. Phenotypic profiling of Batrachochytrium dendrobatidis, a lethal fungal pathogen of amphibians. Fungal Ecol. 4, 196–200 (2011).

Fisher, M. C. et al. Proteomic and phenotypic profiling of the amphibian pathogen Batrachochytrium dendrobatidis shows that genotype is linked to virulence. Мол. Ecol. 18, 415–429 (2009).

Langhammer, P. F. et al. A fungal pathogen of amphibians, Batrachochytrium dendrobatidis, attenuates in pathogenicity with in vitro passages. ПЛоС Оне https://doi.org/10.1371/journal.pone.0077630 (2013).

Voyles, J. et al. Experimental evolution alters the rate and temporal pattern of population growth in Batrachochytrium dendrobatidis, a lethal fungal pathogen of amphibians. Ecol. Евол. 4, 3633–3641 (2014).

Woodhams, D. C., Alford, R. A., Briggs, C. J., Johnson, M. & Rollins-Smith, L. A. Life-history trade-offs influence disease in changing climates: strategies of an amphibian pathogen. Ecology 89, 1627–1639 (2008).

Refsnider, J. M., Poorten, T. J., Langhammer, P. F., Burrowes, P. A. & Rosenblum, E. B. Genomic correlates of virulence attenuation in the deadly amphibian chytrid fungus, Batrachochytrium dendrobatidis. G3 5, 2291–2298 (2015).

Kriger, K. M. & Hero, J. M. Altitudinal distribution of chytrid (Batrachochytrium dendrobatidis) infection in subtropical Australian frogs. Austral Ecol. 33, 1022–1032 (2008).

Kriger, K. M., Pereoglou, F. & Hero, J. M. Latitudinal variation in the prevalence and intensity of chytrid (Batrachochytrium dendrobatidis) infection in Eastern Australia. Conserv. Биол. 21, 1280–1290 (2007).

Kriger, K. M. & Hero, J. M. Large-scale seasonal variation in the prevalence and severity of chytridiomycosis. J. Zool. 271, 352–359 (2007).

Clare, F. C. et al. Climate forcing of an emerging pathogenic fungus across a montane multi-host community. Philos. Транс. Р. Соц. Лондон. B Biol. Сци. 371, 20150454 (2016).

Garner, T. W. J., Rowcliffe, J. M. & Fisher, M. C. Climate change, chytridiomycosis or condition: an experimental test of amphibian survival. Glob. Change Biol. 17, 667–675 (2011).

Raffel, T. R., Halstead, N. T., McMahon, T. A., Davis, A. K. & Rohr, J. R. Temperature variability and moisture synergistically interact to exacerbate an epizootic disease. Проц. Биол. Сци. 282, 20142039 (2015).

Ortiz-Santaliestra, M. E., Fisher, M. C., Fernandez-Beaskoetxea, S., Fernandez-Beneitez, M. J. & Bosch, J. Ambient ultraviolet B radiation and prevalence of infection by Batrachochytrium dendrobatidis in two amphibian species. Conserv. Биол. 25, 975–982 (2011).

Walker, S. F. et al. Factors driving pathogenicity vs. prevalence of amphibian panzootic chytridiomycosis in Iberia. Ecol. Lett. 13, 372–382 (2010).

Rohr, J. R. et al. Early-life exposure to a herbicide has enduring effects on pathogen-induced mortality. Проц. Биол. Сци. 280, 20131502 (2014).

Briggs, C. J., Knapp, R. A. & Vredenburg, V. T. Enzootic and epizootic dynamics of the chytrid fungal pathogen of amphibians. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 107, 9695–9700 (2010). Development of a mathematical epidemiological framework for analysing host/pathogen dynamics.

Garner, T. W. J. et al. Life history tradeoffs influence mortality associated with the amphibian pathogen Batrachochytrium dendrobatidis. Оикос 118, 783–791 (2009).

Ribas, L. et al. Expression profiling the temperature-dependent amphibian response to infection by Batrachochytrium dendrobatidis. ПЛоС Оне 4, e8408 (2009).

Daversa, D. R., Manica, A., Bosch, J., Jolles, J. W. & Garner, T. W. J. Routine habitat switching alters the likelihood and persistence of infection with a pathogenic parasite. Funct. Ecol. 32, 1262–1270 (2018).

Clulow, S. et al. Elevated salinity blocks pathogen transmission and improves host survival from the global amphibian chytrid pandemic: implications for translocations. J. Appl. Ecol. 55, 830–840 (2018).

Vredenburg, V. T., Knapp, R. A., Tunstall, T. S. & Briggs, C. J. Dynamics of an emerging disease drive large-scale amphibian population extinctions. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 107, 9689–9694 (2010). Epidemiology of the spread of B. dendrobatidis in the North American Sierra Nevada and mountain yellow-legged frogs.

Clare, F., Daniel, O., Garner, T. & Fisher, M. Assessing the ability of swab data to determine the true burden of infection for the amphibian pathogen Batrachochytrium dendrobatidis. Ecohealth 13, 360–367 (2016).

Schmeller, D. S. et al. Microscopic aquatic predators strongly affect infection dynamics of a globally emerged pathogen. Цурр. Биол. 24, 176–180 (2014). Determination that aquatic fauna can predate and limit B. dendrobatidis infectious stages.

Rohr, J. R., Raffel, T. R., Romansic, J. M., McCallum, H. & Hudson, P. J. Evaluating the links between climate, disease spread, and amphibian declines. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 105, 17436–17441 (2008).

Pounds, A. J. et al. Widespread amphibian extinctions from epidemic disease driven by global warming. Природа 439, 161–167 (2006).

Rohr, J. R. & Raffel, T. R. Linking global climate and temperature variability to widespread amphibian declines putatively caused by disease. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 107, 8269–8274 (2010).

Rachowicz, L. J. & Briggs, C. J. Quantifying the disease transmission function: effects of density on Batrachochytrium dendrobatidis transmission in the mountain yellow-legged frog Rana muscosa. J. Anim. Ecol. 76, 711–721 (2007).

Balaz, V. et al. Assessing risk and guidance on monitoring of Batrachochytrium dendrobatidis in Europe through identification of taxonomic selectivity of infection. Conserv. Биол. 28, 213–223 (2014).

Bosch, J., Fernandez-Beaskoetxea, S., Garner, T. W. J. & Carrascal, L. M. Long-term monitoring of an amphibian community after a climate change- and infectious disease-driven species extirpation. Glob. Change Biol. 24, 2622–2632 (2018).

Grogan, L. F. et al. Review of the amphibian immune response to chytridiomycosis, and future directions. Front. Immunol. 9, 2536 (2018).

Fites, J. S. et al. The invasive chytrid fungus of amphibians paralyzes lymphocyte responses. Наука 342, 366–369 (2013).

McMahon, T. A. et al. Chytrid fungus Batrachochytrium dendrobatidis has nonamphibian hosts and releases chemicals that cause pathology in the absence of infection. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 110, 210–215 (2013).

Savage, A. E. & Zamudio, K. R. Adaptive tolerance to a pathogenic fungus drives major histocompatibility complex evolution in natural amphibian populations. Проц. Биол. Сци. 283, 20153115 (2016).

Pasmans, F. et al. Fungicidal skin secretions mediate resistance to chytridiomycosis in the European plethodontid genus Speleomantes. ПЛоС Оне 8, e63639 (2013).

Voyles, J. et al. Shifts in disease dynamics in a tropical amphibian assemblage are not due to pathogen attenuation. Наука 359, 1517–1519 (2018).

Bates, K. A. et al. Amphibian chytridiomycosis outbreak dynamics are linked with host skin bacterial community structure. Нат. Цоммун. 9, 693 (2018).

Kueneman, J. G. et al. Community richness of amphibian skin bacteria correlates with bioclimate at the global scale. Нат. Ecol. Евол. 3, 381–389 (2019).

Piovia-Scott, J. et al. Greater species richness of bacterial skin symbionts better suppresses the amphibian fungal pathogen Batrachochytrium dendrobatidis. Microb. Ecol. 74, 217–226 (2017).

Kearns, P. J. et al. Fight fungi with fungi: antifungal properties of the amphibian mycobiome. Front. Мицробиол. 8, 2494 (2017).

Jenkinson, T. S. et al. Globally invasive genotypes of the amphibian chytrid outcompete an enzootic lineage in coinfections. Проц. Биол. Сци. 285, 20181894 (2018).

Rosa, G. M. et al. Impact of asynchronous emergence of two lethal pathogens on amphibian assemblages. Сци. Реп. 7, 43260 (2017).

Fisher, M. C. et al. Emerging fungal threats to animal, plant and ecosystem health. Природа 484, 186–194 (2012). Description of the emerging threat that fungi pose to biota.

American Society for Microbiology. One Health: Fungal Pathogens of Humans, Animals and Plants. Colloq. Rep. (American Society for Microbiology, 2019).

Langwig, K. E. et al. Context-dependent conservation responses to emerging wildlife diseases. Front. Ecol. Env. 13, 195–202 (2015).

Garner, T. W. et al. Mitigating amphibian chytridiomycoses in nature. Philos. Транс. Р. Соц. Лондон. B Biol. Сци. 371, 20160207 (2016).

European Food Safety Authority. Risk of survival establishment, spread of Batrachochytrium salamandrivorans (Bsal) in the EU. EFSA J. 16, 5259 (2018).

U.S. Fish & Wildlife Service. Listing Salamanders as Injurious Due to Risk of Salamander Chytrid Fungus (January 12, 2016). fws.gov https://www.fws.gov/injuriouswildlife/salamanders.html (2016).

Canada Border Services Agency. Environment and Climate Change Canada (ECCC)’s Import Restrictions on Salamanders: Customs Notice 17-17. cbsa-asfc.gc.ca https://www.cbsa-asfc.gc.ca/publications/cn-ad/cn17-17-eng.html (2018).

Bosch, J. et al. Successful elimination of a lethal wildlife infectious disease in nature. Биол. Писма 11, 20150874 (2015). First successful mitigation of an invasive chytrid in nature.

Rebollar, E. A. et al. Using ‘omics’ and integrated multi-omics approaches to guide probiotic selection to mitigate chytridiomycosis and other emerging infectious diseases. Front. Мицробиол. 7, 68 (2016).

Vredenburg, V. T., Briggs, C. J. & Harris, R. in Fungal Diseases: An Emerging Threat to Human, Animal, and Plant Health. Workshop Summary (eds Olsen, L., Choffnes, E. R., Relman, D. A. & Pray, L.) 342–355 (National Academies Press, 2011).

Daszak, P., Cunningham, A. A. & Hyatt, A. D. Emerging infectious diseases of wildlife—threats to biodiversity and human health. Наука 287, 443–449 (2000).

Blehert, D. S. et al. Bat white-nose syndrome: an emerging fungal pathogen? Наука 323, 227–227 (2009).

Worobey, M. et al. Direct evidence of extensive diversity of HIV-1 in Kinshasa by 1960. Природа 455, 661–664 (2008).

Cui, Y. J. et al. Historical variations in mutation rate in an epidemic pathogen, Yersinia pestis. Проц. Натл Ацад. Сци. сад 110, 577–582 (2013).

Roe, C. C. et al. Dating the Cryptococcus gattii dispersal to the North American Pacific Northwest. mSphere 3, e00499-17 (2018).

Biek, R., Pybus, O. G., Lloyd-Smith, J. O. & Didelot, X. Measurably evolving pathogens in the genomic era. Trends Ecol. Евол. 30, 306–313 (2015).

Rambaut, A. Estimating the rate of molecular evolution: incorporating non-contemporaneous sequences into maximum likelihood phylogenies. Биоинформатика 16, 395–399 (2000).

Rieux, A. & Balloux, F. Inferences from tip-calibrated phylogenies: a review and a practical guide. Мол. Ecol. 25, 1911–1924 (2016).

Croucher, N. J. et al. Rapid phylogenetic analysis of large samples of recombinant bacterial whole genome sequences using Gubbins. Нуклеинске киселине Рес. 43, e15 (2015).

Greenberg, D. A. & Palen, W. J. A deadly amphibian disease goes global. Наука 363, 1386–1388 (2019).

Herrel, A. & van der Meijden, A. An analysis of the live reptile and amphibian trade in the USA compared to the global trade in endangered species. Herpetol. Ј. 24, 103–110 (2014).


Access options

Buy single article

Instant access to the full article PDF.

Tax calculation will be finalised during checkout.

Subscribe to journal

Immediate online access to all issues from 2019. Subscription will auto renew annually.

Tax calculation will be finalised during checkout.


Diversity and Hidden Host Specificity of Chytrids Infecting Colonial Volvocacean Algae

Chytrids are zoosporic fungi that play an important, but yet understudied, ecological role in aquatic ecosystems. Many chytrid species have been morphologically described as parasites on phytoplankton. However, the majority of them have rarely been isolated and lack DNA sequence data. In this study we isolated and cultivated three parasitic chytrids, infecting a common volvocacean host species, Yamagishiella unicocca. To identify the chytrids, we characterized morphology and life cycle, and analyzed phylogenetic relationships based on 18S and 28S rDNA genes. Host range and specificity of the chytrids was determined by cross-infection assays with host strains, characterized by rbcL and ITS markers. We were able to confirm the identity of two chytrid strains as Endocoenobium eudorinae Ingold and Dangeardia mamillata Schröder and described the third chytrid strain as Algomyces stechlinensis ген. et sp. нема в. The three chytrids were assigned to novel and phylogenetically distant clades within the phylum Chytridiomycota, each exhibiting different host specificities. By integrating morphological and molecular data of both the parasitic chytrids and their respective host species, we unveiled cryptic host-parasite associations. This study highlights that a high prevalence of (pseudo)cryptic diversity requires molecular characterization of both phytoplankton host and parasitic chytrid to accurately identify and compare host range and specificity, and to study phytoplankton-chytrid interactions in general.

Слика С1. Phenotypic variability in the algal culture strains PAN4 (Yamagishiella unicocca) and PAN1 (Eudorina elegans).

Слика С2. (A) Infected green algal colony “moC1, that was picked up manually with a micropipette, from a water sample from Lake Stechlin (September 2016). (B) A similar looking infected colony, from the same water sample, with multiple chytrid infections.

Табела С1. GenBank accession numbers for chytrid and host strains.

Додатак С1. Material and methods.

Напомена: Издавач није одговоран за садржај или функционалност било које пратеће информације коју су дали аутори. Све упите (осим садржаја који недостаје) треба упутити одговарајућем аутору за чланак.


Погледајте видео: Jablanovače (Август 2022).