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2021-01-18蕈類為何發光？中研院發現小菇發光與演化奧秘
469 期
Author 作者
李依庭。
蕈類，不只是餐桌上常見的佳餚，在野外、森林裡也十分常見，有些甚至會發光。小菇支系（Mycenoid lineage），是世界三大含有發光真菌的支系之一，也是臺灣主要分布的發光真菌。近期，中央研究院最新研究發現，蕈類最早的發光基因發生於1.6億年前。另外，研究團隊也發現這些基因由於特殊的演化機制正逐漸被淘汰。
2018年，俄國科學家發現蕈類發光的主要基因簇（gene cluster，〔註〕），但對於整個蕈類基因體結構及演化歷史仍不清楚。有鑑於此，在中研院生物多樣性研究中心、植物暨微生物學研究所和中興大學等單位共同合作之下，採集臺灣4種會發光及1種不會發光的真菌，進行基因體定序。
研究發現，相較於其他支系，小菇支系的基因體大小差異性大。其中，在具有較大基因體的真菌中發現跳躍基因，也就是轉位子（transposable element）較多，而負責抑制轉位子的甲基化（methylation）則較少。
另外，透過化石資料及分析42種菇類、總共50萬多個基因，並以基因序列為線索往前追溯，團隊推估世界上第一株發光蕈類，應出現於距今1.6億年前的侏羅紀。接著在其後的白堊紀 （距今約1.4億年前）分化出小菇支系，也就是地球正值開花植物大量出現時期。
研究也發現，由於小菇支系的發光基因簇位在高變異的位置，導致基因體演化出高變異性且物種間基因體大小差異較大，促使小菇支系演化出能分解不同植物或與植物共生的多樣性物種。
不過，也因為發光基因高度變異，所以在演化過程中被不斷重組，部分蕈類發光的功能也因此漸漸被淘汰。而目前之所以還有發光蕈類存在，研究團隊認為可能是因為其冷光剛好對適應環境有所幫助，例如可透過光線吸引昆蟲啃食、幫助散播孢子等。
另外，研究團隊也發現，在不同發育階段發光程度也會有所差異，發光蕈體內有54個基因的表現量會與發光基因簇交互改變，代表這些基因可能也會調控真菌的發光程度。若能進一步掌握其調控，將有助瞭解真菌調控發光的生態意義。
目前，這些發光蕈類的基因可以活用於各領域，例如可用於追蹤體內轉殖之癌細胞，或透過創造能自體發光的植物或環境汙染的生物感測警示器。此外，有些小菇屬真菌會導致咖啡產生葉斑病，或本身是開花植物的營養來源，持續探索這些蕈類的基因體，都有助于提升生物資源的利用。
〔註〕在生物體內，一個個基因會排列組成基因簇，再組成完整的基因體，而基因體的結構不同決定物種差異。
中央研究院生物多樣性研究中心副研究員蔡怡陞與其研究團隊，以臺灣的發光蕈物種作為研究材料，研究蕈類的基因體結構與演化歷史。
相關研究刊登於去（2020）11 月《美國國家科學院院刊》（PNAS）期刊，並獲選為當期封面故事。（中央研究院提供）
新聞來源
1. 〈臺灣也有發光菇！中研院追溯基因演化史找尋蕈類發光的意義〉，中央研究院，2020年12月15日。
2. Huei-Mien Ke et al., Mycena genomes resolve the evolution of fungal bioluminescence,PNAS, vol. 117(49), 2020.