Jakucs Erzsébet

A gombák molekuláris forradalma


Darwin evolúciós elméletének megszületése óta a biológusok folyamatos erőfeszítéseket tesznek a valós leszármazási kapcsolatokon alapuló, ún. filogenetikai rendszerek megalkotására. Amíg azonban nem tudjuk megnyugtatóan tisztázni az egyes élőlények evolúciójának történetét, a ma élő csoportok rokonsági fokát sem tudjuk biztosan meghatározni. A rendszertan hagyományosan az élőlények közötti morfológiai, szerveződésbeli hasonlóságot tekintette a csoportképzés legfontosabb kritériumának, abból a jogos feltételezésből kiindulva, hogy a külső hasonlóság a közös őstől való származást jelzi, az utódok közötti nagyobb különbségek pedig távolabbi rokonságra utalnak. Könnyen belátható ennek az elvnek a használhatósága, ha a csoportot alkotó fajoknak sok morfológiai jellegzetességük van. Az olyan magas szervezettségi szintet elért élőlények esetében, mint a gerinces állatok, az egyes szervek morfológiai-anatómiai összehasonlításával a változások jól nyomon követhetők és szinte kirajzolják az evolúciós utakat, különösen akkor, ha ehhez megfelelő ősmaradványok is rendelkezésre állnak. A gombáknak azonban kevés jól megfogható morfológiai bélyegük van, és ráadásul rosszul is fosszilizálódnak, ezért a megfigyelhető külső sajátságok kevésnek bizonyulhatnak a filogenetikai utak rekonstrukciójához, arról nem is beszélve, hogy a hasonló tulajdonságok sem tükröznek mindig közös eredetet, mert egymástól független utakon, ún. konvergens fejlődés eredményeképpen is kialakulhatnak.

A gombák rendszerezésére tett korai próbálkozások kizárólag a szabad szemmel megfigyelhető külső bélyegeken alapultak. Elias Magnus Fries az 1821–1832 között három kötetben megjelent, Systema Mycologicum c. alapvető rendszertani művében ötezer gombafajt ismertetett (köztük nyálkagombákat, tömlősgombákat és kalapos bazídiumos gombákat) a termőtest hasonlósága és a spóra színe szerinti csoportosításban. Mivel a nagygombák esetében a termőtestek a leginkább szembetűnő képződmények, mind a mai napig ezek a rendszertani felosztás alapjai. Az ismert gombafajoknak azonban csak kis töredéke tartozik a nagygombák közé, a többségük apró, csak mikroszkóppal tanulmányozható szervezet, amelyek nem képeznek termőtestet és megismerésük csak a fénymikroszkóp tökéletesedésével, a XIX. sz. vége felé kezdődhetett meg. Ekkor vált lehetővé olyan jellegzetességek vizsgálata, mint a gombafonalak (hifák) szeptumának, a konídiumtartónak, vagy az aszkusznak és a bazídiumnak a szerkezete. A XX. században az elektronmikroszkóp feltalálása után váltak láthatóvá a gombasejtek finomszerkezetének jellegzetességei, a biokémiai és genetikai módszerek fejlődése pedig lehetővé tette a gombákra jellemző vegyületek, anyagcsere-sajátságok (pl. enzimműködések, speciális metabolitok) és a szaporodási folyamatok vagy a sejtosztódás jellegzetességeinek felfedezését. Az ökológia XX. század végi fejlődésével ehhez hozzájárultak még a gombák életmódjával, a bioszférában játszott szerepükkel kapcsolatos felismerések (lebontó tevékenység, parazita életmód, mikorrhizaképzés) is, amelyek mind a gombarendszertan megváltozásához vezettek, hiszen bebizonyosodott, hogy a morfológiai különbségek mellett az egyes gombacsoportok között jelentős biokémiai, élettani és ökológiai különbségek is vannak, amelyeknek mint bonyolult filogenetikai folyamatok eredményeképpen kialakult, összetett sajátságoknak, szintén van rendszerező értékük. Mindezen felismerések az 1970-es, 80-as években mélyreható átalakulást indítottak meg a gombák rendszertanában. 

A legfontosabb változást az jelentette, hogy az újabban felfedezett jelentős különbségek alapján a gombákat tovább már nem tekinthették egységes leszármazású csoportnak, vagyis a még az 1970-es években is az egyetlen rendszertani törzsbe (Mycota) sorolt gombákat nemcsak több törzsre osztották fel, hanem ezeket a törzseket három, különböző leszármazási vonalon kialakult országba (regnumba) is sorolták. A nyálkagombákat, amelyek sejtfal nélküli ostoros amőbákat és az azok csoportosulásából kialakuló plazmódiumokat képeznek és az állati egysejtűekhez mutatnak hasonlóságot, elkülönítették a többi gombától és az Amoebozoa regnumba sorolták. Egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy a régebben moszatgombákként (Phycomycetes) ismert, sok sejtmagvú, osztatlan telepet vagy hifafonalat és ostoros rajzókat fejlesztő taxon sem lehet közös származású, egységes csoport, mivel a rajzó ostortípusában, a sejtmembrán és a sejtfal kémiai összetételében, a sejtek finomszerkezetében és számos biokémiai sajátságban gyökeres különbségek vannak közöttük. Ezek alapján a moszatgombák osztálya a régi értelemben megszűnt. A sejt elülső pólusáról eredő, egy- vagy kétostoros rajzókkal rendelkező, cellulóz sejtfalú csoportról (ide tartoznak a labirintusgombák, valamint a petespórás gombák, ezeken belül a halpenészek és a jól ismert peronoszpórák) kiderült, hogy ezek nem is valódi gombák, hanem kloroplasztiszaikat vesztett, vagyis másodlagosan heterotróffá vált algák. Ezeket a szervezeteket ezért külön törzsi rangon a sárgásmoszatokat és a barnamoszatokat is magába foglaló Chromista regnumba sorolták át. A „régi moszatgombák” egy hátsó ostoros rajzóval és kitin sejtfallal jellemezhető fajai (rajzóspórás gombák, Chytridiomycota) viszont a harmadik, a valódi gombákat (Fungi) tartalmazó regnumba kerültek. Ma a rajzóspórásokat tartjuk a valódi gombák legősibb tagjainak, amelyek még megőrizték a vízi életmódot jelző ostoros sejttípust, bizonyítva, hogy a gombák is a tengerben alakultak ki. A Fungi regnumba sorolt többi gombatörzs, a járomspórás gombák (Zygomycota), a tömlősgombák (Ascomycota) és a bazídiumos gombák (Basidiomycota) már a szárazföldi élethez alkalmazkodtak, ostoros sejtjeiket elvesztették. Mindezek alapján a XX. század végére a gombák rendszertana a régi 1 törzs helyett már 11 törzset különített el és ezek közül csak négyet tekintett valódi gombának (táblázat). 

Táblázat
A gombák törzsi szintű rendszertani
felosztása a XX. század végén (Hawksworth
és mts. (1995) alapján). A *-gal jelölt
törzseknek nincs magyar nevük

A molekuláris forradalom
Ebben a helyzetben jött az ezredvégi „molekuláris forradalom”, ami nem a kifejeződő tulajdonságokat, vagyis a környezet függvényében plasztikusan változó fenotípust, hanem az információhordozó molekula, a DNS szerkezetében (nukleotidszekvencia-sorrendjében) kódolt, állandóbb genotípust tekinti az élőlények rendszerezése alapjának. A DNS szerkezete magában rejti az élőlény egész evolúciós történetét és alkalmas az élőlények közötti filogenetikai távolságok meghatározására. Ezt a szemléleti változást a molekuláris módszerek (PCR-technikák, DNS- szekvencia-analízis) és a kladisztikai, filogenetikai elemzések számítástechnikai hátterének együttes fejlődése iniciálta. A DNS-szekvenciák összehasonlításával olyan új eszköz került a biológusok kezébe, aminek segítségével lehetővé vált az eddig feltételezett leszármazási kapcsolatok igazolása vagy megcáfolása, a bizonytalan helyzetű csoportok helyzetének és az egyes taxonok rokonsági fokának új megközelítése. Megkezdődött az evolúciókutatás és rendszertan fejlődésének új fejezete, ami lehetővé tette az egész élővilágról alkotott képünk újrarendezését. Az 1990-es években ugrásszerűen megnőtt a publikált és génbankokban elhelyezett, gombákból származó DNS-szekvenciák száma is, és ezzel megnyílt az út a különböző gombafajok és magasabb taxonok DNS-alapú összehasonlítása, rendszertani elemzése előtt. 

A molekuláris vizsgálatok (a riboszomális RNS-t kódoló konzervatív magi DNS-szakasz összehasonlítása alapján) egyértelműen igazolták az addigra már egyébként is elfogadottá vált elképzelést, hogy a nyálkagombák és a moszatgombák származástani szempontból távol állnak a valódi gombáktól, és hogy a Fungi regnum külön csoportot alkot az élővilág törzsfáján, amely közelebbi rokonságban áll az állatokkal, mint a növényekkel, sőt legközelebbi testvércsoportját éppen az állatok (Animalia) alkotják (1. ábra). 

1. ábra. A gombák helye az élővilág 18S rDNS-szekvenciák alapján
megszerkesztett törzsfáján (a valódi gombákat pirossal, a gombaszerű
szervezeteket narancsszínnel jelöltük)

A DNS-vizsgálatok árának rohamos csökkenése az évezred első évtizedében lehetővé tette a nagyobb léptékű kutatási projektek szervezését, amelyeknek célja a valódi gombák új filogenetikai rendszerének alapjául szolgáló leszármazási kapcsolatok tisztázása volt. Ilyen széles szakmai összefogáson alapuló programok voltak az Egyesült Államokban az NSF (Nemzeti Tudományos Alap) által támogatott, több mint száz kutatót tömörítő Deep Hypha szerveződés és az AFTOL 1- (Assembling the Fungal Tree of Life) program, amit öt vezető mikológiai kutatócsoport indított a gombák filogenetikai törzsfájának megismerése céljából. Az AFTOL 1-projektben 20 országból több mint száz együttműködő vett részt. A vizsgálatba bevont valódi gombák különböző DNS-szakaszainak szekvenciáit és egyes anatómiai bélyegeket hasonlítottak össze. A vizsgált génszakaszok, illetve azok kombinációi a következők voltak: rDNS nSSU+nLSU (558 faj esetében), rDNS nSSU +nLSU +mitSSU (236 faj esetében), rDNS nSSU +nLSU +RPB2 (157 faj esetében), rDNS nSSU +nLSU +mitSSU + RPB2 (103 faj esetében). A 2007-ben lezárult projekt eredményeképpen 63 publikáció született, amelyek számos gombacsoport rendszertani helyzetét gyökeresen új megvilágításba helyezték. Ennek a munkának a folytatásaként indult az AFTOL 2-program, amiben a gombavilág egészét reprezentáló 200 gombafaj 14 génszakaszának szekvenciáit és számos sejttani bélyegét analizálják annak érdekében, hogy pontosabban rekonstruálhassák a gombák törzsfájának korai elágazásait, és meghatározhassák az ősi, ún. bazális csoportokat.

Milyen eredménnyel jártak a legújabb kutatások?
A molekuláris vizsgálatok egyértelműen igazolták, hogy a valódi gombák (Fungi) közös őstől származó (monofiletikus) leszármazási csoportot alkotnak (2. ábra). A törzsfán belül a legrégebbi leágazási vonalakat az ostoros sejtekkel is rendelkező rajzóspórás gombák (Chytridiomycota) és a már a szárazföldi élethez alkalmazkodott járomspórás gombák (Zygomycota) képezik. Ezen a két ősi csoporton belül azonban még nem sikerült tökéletesen tisztázni a rokonsági kapcsolatokat, és mivel mindkét csoport önmagában is polifiletikus (több leszármazási vonalat tartalmaz), a jövőben várhatóan több rendszertani törzsre fogják bontani őket. Egyértelműen igazolták viszont, hogy a régen a járomspórás gombák közé sorolt arbuszkuláris mikorrhizaképző gombák külön leszármazási vonalon alakultak ki, és mint ősi, monofiletikus csoport, ma már új törzsként szerepelnek a gombák rendszerében, Glomeromycota néven. A tömlős (Ascomycota) és a bazídiumos (Basidiomycota) gombák törzsei közös származású testvércsoportoknak bizonyultak, amelyeket az élővilágban egyedülállóan rájuk jellemző két sejtmagvú sejtek (dikarion) alapján együttesen Dikarya vagy Dicaryomycota néven is szoktak emlegetni. Önmagukban mind a tömlős, mind a bazídiumos gombák monofiletikus csoportot alkotnak, és mindkettő három leszármazási vonalat tartalmaz.

2. ábra. A valódi gombák (Fungi) molekuláris törzsfája

Úgy tűnik tehát, hogy a molekuláris vizsgálatok alapján körvonalazódni látszik a gombák törzsfájának alapvető szerkezete. Ezzel szemben azonban az alacsonyabb taxonok szintjén jelenleg rendkívül nagy a káosz. Az AFTOL 1-program eredményei nagyon sok mindenben lerombolták a hagyományos rendszertani felosztások nehéz munkával kialakított kereteit (Lutzoni és mts. 2004, Hibbett 2006, Matheny és mts. 2006). Sok esetben derült fény arra, hogy a molekuláris alapú törzsfák szöges ellentétben vannak a szakirodalomban eddig általánosan elfogadott kategóriák helyzetével. Ennek fő oka abban rejlik, hogy a hagyományosan elfogadott tulajdonságok jó részéről bebizonyosodott, hogy bár alkalmasak a csoportok megkülönböztetésére, nem alkalmasak rendszerezési alapként. Vagyis jó határozóbélyegek, de rossz rendszerező bélyegek. Ezek közül a legnagyobb problémát a termőtesttípus alapján történt kategorizálás jelenti. Fries óta a nagygombák rendszerezése a termőtestek morfológiai különbségein alapult. Ma azonban már tisztán látjuk, hogy ez mennyire félrevezető volt: a termőtestek egy szoros rokonsági körön belül is rendkívüli mértékben változatosak. Az AFTOL-program egyik fő megállapítása éppen az volt, hogy a termőtest evolúcióját extenzív konvergencia jellemzi. Ez azt jelenti, hogy távoli rendszertani csoportok fajai is nagyon hasonló termőtesteket képezhetnek.

3. ábra. A bazídiumos gombák (Basidiomycota) DNS-alapú törzsfája.
A különböző kládokban egymástól függetlenül hasonló termőtesttípusok alakultak ki. Az elágazási pontokhoz rendelt számok a következő kládokat jelölik: 1. Boletoid klád, 2. Agaricoid klád, 3. Russuloid klád, 4. Gomphoid-Phalloid klád, 5. Tremelloid klád (a példákat ld. 3. borítóoldalunkon és az 5. ábrán)

Bebizonyosodott, hogy a lemezes-kalapos, nyitott termőtestek egymással párhuzamosan, legalább hatszor alakultak ki a bazídiumos gombák evolúciója során, a zárt, gömbszerű termőtestek pedig a nyitottakból alakultak ki, ennél is több alkalommal (3. ábra). A molekuláris törzsfa egységes származású, monofiletikus kládjaiban, mint pl. a galambgombaszerűek (Russuloid klád) vagy a tinóruszerűek (Boletoid klád), egyszerre vannak jelen rétegszerű, elágazó, korallszerű, kalapos és zárt, föld alatti termőtestű fajok is (lásd borító oldalunk 3. oldalát). A kalapos termőtestek földtörténeti léptékkel mérve nagyon rövid idő alatt képesek a tönkfejlődés kimaradásával zárt termőtestté alakulni. Jól mutatja ezt a Suillus (fenyőtinóru) és a Rhizopogon (istrángos pöfeteg) fajok példája, amelyeken első alkalommal bizonyították be DNS-szekvenciák összehasonlításával (Bruns és mts, 1989), hogy közös családba tartoznak, noha az egyik nyílt, kalapos termőtesttel, a másik pedig zárt, félig földalatti termőtesttel rendelkezik. Hasonló példák hozhatók a tömlős gombák köréből is: pl. a nyílt, föld fölötti csészegomba (Peziza sp.) és a gumószerű, föld alatti termőtestű szarvasgomba- (Tuber sp.) fajok is azonos család (Pezizaceae) tagjai (4. ábra). Ezzel a felismeréssel a régi rendszertan szerint az összes zárt termőtestű gombát magába foglaló Gasteromycetes osztály gyakorlatilag felrobbant, és minden zárt termőtestű taxon nyitott termőtestű csoportokkal közös leszármazási csoportokba (kládokba) osztódott szét. Ugyanakkor különböző rokonsági körökben is létrejöttek megtévesztésig hasonló termőtestek (5. ábra). 

4. ábra. Példák különböző termőtesttípusokra közeli rokon
gombanemzetségekben a bazídiumos (1–2) és a tömlősgombák (3–4) köréből. 1: kalapos termőtest (gyűrűstinóru, Suillus) és 2: zárt, gömbszerű termőtest (istrángos pöfeteg, Rhizopogon) a Boletoid kládban, 3: nyitott, csészeszerű termőtest (csészegomba, Peziza) és 4: zárt, föld alatti termőtest (szarvasgomba, Tuber) a Pezizaceae családban


 

5. ábra. Példák hasonló termőtesttípusokra különböző leszármazási vonalakhoz (kládokhoz, ld. 3. ábra) tartozó bazídiumos gombanemzetségekben. Csillaggomba termőtest az 1: Astraeus (Boletoid klád) és a 2. Geastrum (Agaricoid klád) nemzetségekben. Koralloid termőtest a 3: Calocera (Tremelloid klád) és a Ramaria (Gomphoid-Phalloid klád) nemzetségekben

Sok olyan eset is volt azonban, amelyben a DNS-vizsgálatok megerősítették a hagyományos rendszertani kategóriákat. Az egyik ilyen (utólag meglepő!) egyezés volt, hogy a Fries által megkülönböztetett világos és sötét spóraszínű taxonok valóban különböző filogenetikai vonalakhoz tartoznak, tehát a spóraszín jó rendszerező bélyegnek bizonyult. A molekuláris vizsgálatok nagy vonalakban megerősítik Singer (1986) általánosan elfogadott kalaposgomba (Agaricales) rendszerét is, amelynek három fő csoportja (Agaricinae, Boletinae, Russulinae) DNS alapon is igazolódott, igaz, hogy néhány taxon máshová került. A molekuláris vizsgálatok alapján más, hagyományos taxonok egységessége is megerősítést nyert. Bebizonyosodott például, hogy a galócafélék (Amanitaceae), a tintagombafélék (Coprinaceae), a csiperkefélék (Agaricaceae), a harmatgombafélék (Strophariaceae) vagy a pereszkék (Tricholoma) közül a mikorrhizás fajok, valamint a laskagomba nemzetség (Pleurotus) monofiletikus csoportok. Nem bizonyultak azonban például egységes származású csoportnak a hagyományos értelemben vett pereszkefélék (Tricholomataceae), a pókhálósgombafélék (Cortinariaceae) és a csigagombafélék (Hygrophoraceae) családjai, sem a tölcsérgomba (Clitocybe), a szegfűgomba (Marasmius) és a békagomba (Omphalina) nemzetségek. 

A molekuláris taxonómiai vizsgálatok rávilágítottak több olyan tulajdonságra, amelyeket eddig nem használtak a rendszerezésben, de igazolódott róluk, hogy ezek a termőtesttípusnál sokkal alkalmasabbak a csoportok elkülönítésére, mert fontos evolúciós bélyegnek tekinthetők. Ilyenek a farontó gombák esetében a korhasztás típusa (fehér- vagy barnakorhasztó), a rhizomorfák anatómiája vagy a mikorrhizaképzés megléte vagy hiánya, illetve magának a mikorrhizának a morfológiája. 

A molekuláris törzsfaépítő programok alapján tehát ma már jóval biztosabban látjuk a gombák leszármazási, rokonsági kapcsolatait mint eddig, és ez lehetőséget ad egy új gombarendszertani felosztás megalkotásához. Ennek létrehozása a közeljövőben bizonyára megtörténik, de csak akkor, ha már elegendő, biztos adattal rendelkezünk a mai gombarendszertan reális, tudományos konszenzuson alapuló megváltoztatására. Ehhez még nagyon sok vitát kell megoldani, többek között rendkívül nehéz nevezéktani problémákat. Ma még sok a tisztázatlan pont a Fungi regnum törzsfájának alapi részére vonatkozóan is, mert bizonytalan a bazá­lis csoportok egymáshoz való viszonya. További megválaszolatlan kérdések is vannak még. Ilyenek például, hogy hányszor történhetett az ostor elvesztése az evolúció során? Hányszor történhetett a gombák szárazföldre lépése? Időben pontosan mikor történtek az egyes csoportok elválásai egymástól?

Az AFTOL 2-program sikeres befejezése remélhetően segít majd ezeket a kérdéseket megoldani. Addig is reménykedjünk, hogy lesz köztünk, aki megéri még a mostani zűrzavar helyett egy új, egységes, a valódi filogenetikai folyamatokat megközelítő gombarendszer megszületését. 

IRODALOM
Bruns TD, Fogel R, White TJ, Taylor JW (1989) Accelerated evolution of a false truffle from a mushroom ancestor. Nature 339: 140-142
Hawksworth DL, Kirk PM, Sutton BC, Pegler DN (1995) Ainsworth & Brisby’s Dictionary of the Fungi. 8. kiadás CABI 
Hibbett DS (2006) A phylogenetic overview of the Agaricomycotina. Mycologia 98: 917-925
Lutzoni F, Kauff F, Cox CJ, et al. (2004) Assembling the fungal tree of life: progress, classification, and evolution of subcellular traits. Am J Bot 91:1446-1480
Matheny PB, Curtis JM, Hofstetter V. et al. (2006) Major clades of Agaricales: a multi-locus phylogenetic overview. Mycologia 98: 984-997
Singer R (1986) Agaricales in modern taxonomy. Koeltz, Königstein 


Természet Világa, 143. évfolyam, 11. szám, 2012. november
http://www.termeszetvilaga.hu/ 
http://www.chemonet.hu/TermVil/