De esta manera, los hongos de los suelos forestales son claves para la salud de los árboles y el almacenamiento de carbono, habilidades que son cada vez más importantes a medida que el clima se calienta. Sin embargo, estas son interacciones complicadas de desenredar. Los hongos trabajan en cooperación para sustentar un bosque y las especies varían según los ecosistemas de la Tierra.

Recientemente, en un trabajo publicado en New Phytologist , los investigadores han sido pioneros en una nueva comprensión de qué hongos asumen determinadas funciones en el suelo del bosque. Por primera vez, compararon tres gremios de hongos diferentes en una variedad de ubicaciones diferentes. Tomaron muestras de suelos en cuatro ecosistemas forestales, extrajeron ARN para comprender la expresión genética y desarrollaron nuevas herramientas para mapear ese ARN del suelo en genomas de hongos.

El Instituto Conjunto del Genoma (JGI) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), secuenció 1 billón de bases (una terabase) de ARN del suelo para este proyecto y produjo el genomas de referencia que permitieron mapear estas lecturas de ARN. "Actualmente, este es el metatranscriptoma fúngico secuenciado por el JGI más grande hasta el momento", afirmó Igor Grigoriev, jefe del programa de genómica de hongos del JGI.

Junto con una mejor comprensión de múltiples sistemas forestales, este trabajo establece protocolos y canales que otros equipos pueden utilizar en todo el mundo.

Estas herramientas brindan a los investigadores una forma de acceder a mucha más información sobre los hongos en estos entornos. "Ahora, con estas nuevas herramientas (metatranscriptómica, secuenciación de ARN del suelo) podemos acceder a:"¿Qué están haciendo? ¿Cómo interactúan?'", dijo el autor principal Francis Martin, director de investigación emérito del Instituto Nacional de Investigación para la Agricultura, la Alimentación y el Medio Ambiente (INRAE).

Notable similitud a pesar de la gran diversidad

Para este estudio, los investigadores recolectaron muestras de suelo de cuatro sitios:Aspurz, España; Champenoux, Francia; Lamborn, Suecia; Montmorency, Canadá. Estos sitios representan respectivamente bosques mediterráneos, templados y boreales.

Muchos hongos diferentes aparecen en las muestras de suelo de estos variados biomas; los bosques comparten sólo alrededor del 20% de sus especies de hongos. Para hacer comparaciones útiles, los investigadores tuvieron que trabajar fuera de la taxonomía. "Y la forma que encontramos fue centrarnos en la comparación de los niveles de expresión entre gremios tróficos de hongos", dijo Lucas Auer, ingeniero investigador del INRAE ​​y uno de los primeros autores de este trabajo.

Para comparar estos gremios tróficos, este equipo se centró en tres grupos principales de hongos que aparecieron en todos los bosques que tomaron muestras. Estos gremios son comunes a los bosques de todo el mundo, así como a las praderas y pastos:los saprótrofos desmontan escombros y organismos muertos para liberar sus nutrientes; los simbiontes micorrízicos transportan agua y nutrientes a los árboles; Los patógenos vegetales colonizan las plantas vivas para alimentarse de ellas.

En todos los tipos de bosques, Martin y su equipo peinaron muestras de suelo para ver qué genes usaban estos tres gremios de hongos para crecer y metabolizar los nutrientes. Secuenciaron todo el ARN encontrado en muestras de suelo y ensamblaron esas transcripciones de ARN en un metatranscriptoma.

En general, descubrieron que a pesar de la gran diversidad de especies, cada gremio llevaba a cabo funciones notablemente similares en diferentes bosques. El metabolismo primario, la actividad celular y el desarrollo fúngico parecían bastante similares para cada gremio de saprótrofos, simbiontes micorrícicos y patógenos, independientemente de si la muestra procedía del suelo debajo de un pino o un roble, en Suecia o Quebec.

Desde el punto de vista ecológico, Martin sugiere que esta redundancia tiene un efecto protector, un poco como diversificar una cartera de inversiones. Si un estrés como un incendio forestal o una sequía amenaza a algunas especies de hongos, otros hongos completarán las funcionalidades necesarias.

Este trabajo también muestra una nueva superposición entre las funciones de diferentes gremios de hongos. Históricamente, los saprótrofos y los simbiontes micorrízicos se han dividido en nichos ecológicos separados:recicladores y transportadores, respectivamente. Sin embargo, el equipo de Martin descubrió que ambos gremios expresan genes similares para degradar las paredes celulares de los hongos, la llamada necromasa fúngica, lo que sugiere que estos gremios comparten la responsabilidad de reciclar el material muerto de los hongos.

Los genomas de referencia que allanaron el camino

Este proyecto surge de una propuesta del Programa de Ciencias Comunitarias que Martin presentó en 2012. En ese momento, el campo había estudiado muchas comunidades de suelo diferentes en busca de diversidad taxonómica. Estos estudios pudieron identificar poblaciones, pero dijeron poco sobre qué especies estaban haciendo qué.

Para comprender cómo las comunidades de hongos compartían sus tareas, Martin y su equipo optaron por perfilar el ARN para tener una visión de la expresión de genes de hongos. Necesitarían genomas de hongos existentes para asignar la expresión genética a funciones y especies de hongos. Inicialmente, mapear secuencias de ARN de esta manera fue un desafío, según Martin. "Hace doce años, cuando mapeamos el primer ARN secuenciado del suelo, sólo el 10% de ellos estaban mapeando los genomas de hongos en el JGI", dijo Martin.

Un esfuerzo llamado proyecto 1000 Fungal Genomes cambió eso. Se trata de un proyecto de varios años en colaboración con el JGI para secuenciar 1.000 genomas de referencia de todo el árbol de la vida de los hongos. Martin es uno de los líderes del proyecto. Después de comenzar con unos 200 genomas de hongos, en tan solo unos años, dijo, el proyecto 1000 Fungal Genomes, junto con otros proyectos de CSP, había secuenciado más de 2000 genomas de hongos.

El JGI secuenció, ensambló y anotó estos genomas en colaboración con decenas de socios. "Este fue un tremendo esfuerzo comunitario, con más de 100 investigadores que nominaron especies para secuenciar y luego enviaron muestras de ADN y ARN al JGI", dijo Grigoriev. Todos estos genomas están disponibles en MycoCosm.

Si inicialmente la tarea de mapear el ARN fúngico en secuencias era un camino sinuoso y lleno de baches, esta nueva afluencia de genomas abrió una superautopista para la misma ruta. "Fue realmente sorprendente cómo mejoró la calidad de los datos gracias a esa enorme cantidad de nuevos genomas", afirmó Martin.

El proyecto 1000 Fungal Genomes avanza para permitir más estudios como este. Martin dice que aún más genomas se traducirán en una comprensión aún mayor, a medida que otros investigadores analicen el ARN de comunidades del suelo en toda América del Sur, China, Europa y Estados Unidos.

"Creo que en los próximos años tendremos una especie de mapa global de la diversidad de hongos, pero aún nos faltan funciones", afirmó Martin. "Así que, gracias al tipo de programa que hemos desarrollado con el JGI, tenemos las herramientas para obtener realmente información sobre las funciones de esta comunidad de hongos, desde los polos hasta los trópicos".