臺灣野菇會發光！中研院解1.6億年前「生態之謎」 登上國際期刊
夏季夜晚除了螢火蟲，有些蕈類也會在樹下散發着微微冷光！但爲何蕈類會發光？一直是演化學家好奇的問題。中央研究院生物多樣性研究中心蔡怡升副研究員最新研究指出，蕈類最早的發光基因簇始於1.6億年前，同時，團隊也發現這些基因由於特殊的演化機制被逐漸淘汰。本研究用臺灣物種解開了生態謎題，也將有助於發光基因轉殖於植物的應用。
蔡怡升表示，小菇支系（Mycenoid lineage）是世界三大含有發光真菌的支系之一，針對小菇支系，研究團隊採集了臺灣4種發光以及1種不具發光的物種，解序其基因體。小菇支系具有約600個物種，但僅11%具發光特性。研究發現，相較於其他支系，小菇支系的基因體大小差異特別大。其中，在較大的基因體裡，能促進基因體擴大的跳躍基因「轉位子」（transposable element）也較多，而負責抑制轉位子的甲基化（methylation）則被稀釋，因此基因體演化出高變異性且不斷擴大。
▲中研院研究團隊用臺灣物種解開了生態謎題，也將有助於發光基因轉殖於植物的應用。（圖／中央研究院提供）
沿着基因線索往前追溯，再透過化石資料校正及分析42個菇類總共50多萬個基因，團隊推估出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。接着在其後的白堊紀 （距今約1.4億年前）分化出小菇支系，正值開花植物大量出現在地球的時期。
團隊也推測，這些植物提供的多樣棲地或營養源的出現，加上小菇支系本身擁有的高變異基因體，促使小菇支系演化出分解不同死亡植物或與植物共生的多樣物種。但因爲小菇支系的發光基因簇位在高變異的位置，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，導致現今存在的發光基因也就散落在不同分支。
目前之所以還有發光蕈類存在，可能是因爲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。
▲中研院研究發光蕈類的論文，11月發表於「美國國家科學院院刊（PNAS）」，並被選爲當期封面故事。（圖／中央研究院提供）
蔡怡升也說，發光蕈不是永遠都在發光，不同組織及發育階段也有不同的發光程度。有些只在菌絲髮光，有些則在成熟子實體的柄或蕈蓋發光。研究團隊本次也發現，在不同發育階段及組織，有另外54個基因的表現量都跟着發光基因簇一同改變。代表這些基因可能正調控着真菌的發光程度。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污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，都有助於提升生物資源的利用。
論文第一及共同作者柯惠棉博士表示，這是全球第一個發表的小菇支系完整基因體的研究。除了有助於瞭解生物在面對不同環境的生存策略，也提供了研究的藍圖。未來，研究團隊將進一步探討物種調控發光的機制。
蔡怡升強調，雖然臺灣目前對蕈類的研究着重於食用或藥用功能，但發光蕈的應用已愈發成熟且備受重視，本次研究定序的5個物種皆在臺灣採集，如目前僅在臺灣發現的墾丁小菇及金星小菇等，也將成爲國際間研究真菌的重要基因體資源。
研究論文已於今（2020）年 11月發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS），並被選爲當期封面故事，爲全球第一篇探討真菌發光基因演化的學術文章。