Soil Mucoromycota: endohyphal bacteria and adaptations to the environment

Grzyby to bardzo liczna i wszechobecna grupa organizmów. Ich unikalne zdolności, np. osmotroficzny tryb odżywiania, różnorodność wydzielanych enzymów czy umiejętność wchodzenia w interakcje z innymi organizmami pomogły im w odniesieniu niewątpliwego sukcesu ewolucyjny. Zdolności grzybów do wzrostu na glebach silnie zanieczyszczonych sprawiają, że grzyby są interesującym obiektem badań z zakresu bioremediacji. W pierwszym opisywanym w rozprawie badaniu, wykorzystując sekwencjonowanie wysokoprzepustowe, scharakteryzowano zbiorowiska grzybów glebowych ze środowisk zanieczyszczonych, a następnie porównano je ze zbiorowiskami ze środowisk niezanieczyszczonych. Wśród grzybów zidentyfikowanych w glebach zanieczyszczonych m.in. związkami ropopochodnymi, zgodnie z przewidywaniami, najwięcej było workowców i podstawczaków, jednak znaleźliśmy w nich również grzyby Mortierellomycotina. W związku z tym, że Mortierellomycotina (i ogólnie Mucoromycota) przeważnie nie potrafią wykorzystywać polimerów jako źródła energii, postanowiono przebadać je pod kątem obecności bakterii wewnątrzstrzępkowych, które mogłyby potencjalnie rozszerzać ich zdolności enzymatyczne. Drugi rozdział mojej rozprawy przedstawia więc badanie, w którym weryfikowano obecność bakterii z rodziny Burkholderiaceae w strzępkach przedstawicieli Mucoromycota z różnych substratów. Zgodnie z oczekiwaniami opartymi na wcześniejszych badaniach, wykryliśmy Burkholderiaceae u około 20% szczepów Mortierellaceae. Najciekawszym wynikiem okazało się jednak odkrycie relacji pomiędzy przedstawicielami Umbelopsis a Paraburkholderia. Takie konsorcja występowały często na martwym drewnie. W ostatnim rozdziale mojej rozprawy prezentuję wyniki sekwencjonowania, złożenia i funkcjonalnej adnotacji genomów obydwu partnerów. Wykazuję że odkryta symbioza jest fakultatywna, ponieważ obaj partnerzy mają niezredukowane genomy, w których obecne są geny kodujące wszystkie niezbędne do życia ścieżki metaboliczne. Wyniki sugerują, że konsorcjum, ale nie każdy z organizmów z osobna, jest dobrze przystosowane do życia w rozkładającym się drewnie. Potwierdza to hipotezę, że bakterie wewnątrzstrzępkowe mogą pełnić ważną funkcję w adaptacji grzybów do warunków środowiskowych.

Fungi are a diverse group and its representatives can be found in almost all ecosystems. Their unique abilities, such as osmotrophy, vast range of secreted enzymes, and ability to form relationships with other organisms, underlie their evolutionary success. These broad and flexible degradation capabilities make some fungi interesting study objects for bioremediation of heavily polluted environments. First chapter of my dissertation describes a study in which soil fungal communities present in contaminated soils were characterized and compared to soil fungal communities from undisturbed environments, using next generation environmental sequencing approach. Fungal communities of polluted soils were, dominated by Dikarya representatives, as was expected. However, we also found some Mortierellomycotina fungi. As Mucoromycota fungi (including Mortierellomycotina) are unable to use polymers as an energy source, we decided to screen them for the presence of endohyphal bacteria, which could potentially expand their capabilities. In the second chapter of my thesis I present a study in which the presence of endohyphal Burkholderiaceae in the Mucoromycota fungi. Using culture based and molecular methods, we identified Burkholderiaceae in ca. 20% of tested Mortierellaceae strains, which is in agreement with previously published research. However, the highlight of the study was finding a new type of interaction: Umbelopsis-Paraburkholderia consortium prevalent in isolates from dead wood. In the last chapter I present results of sequencing, assembling, and annotating genomes of fungus and bacterium. Results of genomic characterization of partners confirmed that this symbiosis is facultative as both partners have non-reduced genomes, in which all necessary metabolic pathways were identified. The consortium, but not the partners separately, seems to be well-adapted to living in decaying wood, suggesting that this interaction plays an important role in adaptation to the environmental conditions.