МИКОБИОТА МОРСКИХ ЭКОСИСТЕМ КАК ИСТОЧНИК ТАКСОНОМИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ МИЦЕЛИАЛЬНЫХ ГРИБОВ

Киричук Н.Н.¹, Худякова Ю.В.², Пивкин М.В.³

¹ORCID: 0000-0002-5882-5158, Кандидат биологических наук, Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН им. Г.Б. Елякова, ²ORCID: 0000-0002-1134-6184, Кандидат биологических наук, Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН им. Г.Б. Елякова, ³ORCID: 0000-0002-4352-4408, Доктор биологических наук, Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН им. Г.Б. Елякова

МИКОБИОТА МОРСКИХ ЭКОСИСТЕМ КАК ИСТОЧНИК ТАКСОНОМИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ МИЦЕЛИАЛЬНЫХ ГРИБОВ

Аннотация

Проведен анализ имеющихся в литературе сведений о морских грибах, а также оценка степени изученности группы вторичноводных морских грибов как перспективного источника новых для науки таксонов. На сегодняшний день группа вторичноводных морских грибов остается одной из наименее изученной группой микромицетов. Представлены обобщенные сведения по видовому богатству вторичноводных морских грибов, полученные нами в ходе изучения микобиоты дальневосточных морей. Анализ литературы и полученных данных показал, что в настоящее время весьма актуальными остаются вопросы об объеме группы вторичных морских грибов, таксономии и филогении, их роли в морских экосистемах, а накопленные сведения требуют критического пересмотра и переосмысления на основе современных методов анализа.

Ключевые слова: вторичноводные морские грибы, морские автотрофные сообщества, таксономическое разнообразие.

Kirichuk N.N.¹, Khudyakova Yu.V.², Pivkin M.V.³

¹ORCID: 0000-0002-5882-5158, PhD in Biology, G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry FEB RAS, ²ORCID: 0000-0002-1134-6184, PhD in Biology, G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry FEB RAS, ³ORCID: 0000-0002-4352-4408, PhD in Biology, G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry FEB RAS

MYCOBIOTA OF MARINE ECOSYSTEMS AS A SOURCE OF TAXONOMIC DIVERSITY OF FILAMENTOUS FUNGI

Abstarct

The literature analysis and evaluation of state of knowledge of marine fungi as a perspective source of new taxons were carried on. To date secondary marine fungi are one of the less studied group of micromycetes. The summarized data of species richness of secondary marine fungi obtained by us during the study of mycobiota in the Far Eastern seas were presented. The analysis of literature and obtained data showed that problem of scope of secondary marine fungi group, their taxonomy and phylogeny and role in marine ecosystems are of great current interest at present time. Besides, all available information concerning marine fungi requires a critical revision on the basis of modern methods of analysis.

Keywords: secondary marine fungi, marine autotrophic cenosis, taxonomic diversity.

Грибы, обитающие в море, на сегодняшний день остаются наименее изученной группой, по сравнению с наземными микромицетами. Их целенаправленные исследования начались лишь в первой половине ХХ столетия. Этот период ознаменовался не только описаниями новых видов грибов, но и попытками определить статус морских грибов. Было показано, что морские грибы являются не таксономической, а эколого-физиологической группой микромицетов. В 70-х годах большое влияние на развитие морской микологии  оказала работа J. Kohlmeyer “Marine mycology, The Higher fungi” (1979), в которой авторами было предложено разделить все грибы, обитающие в море, на две эколого-физиологические группы – облигатные (первичноводные) и факультативные (вторичноводные) морские грибы. В отличие от облигатных морских грибов, обширная группа факультативных морских грибов до настоящего времени остается наименее изученной, что связано не только с укрепившимися тенденциями в морской микологии, но сопряжено и с некоторыми методическими трудностями, связанными с их выделением из морской среды и выращиванием на питательных средах в лабораторных условиях. К тому же, в морской микологии надолго закрепилось мнение о том, что виды, требующие выделения на питательных средах, находятся в морской среде в неактивном состоянии, хотя подобное предположение является лишь гипотетическим. Ряд исследований показал наличие в аквапочвах активно растущего мицелия грибов (Pivkin et al., 2001). Кроме этого, работами Пивкина М.В. была показана способность вторичных морских грибов расти в море, меняя морфологию бесполых пропагативных структур согласно условиям среды (Пивкин и др., 2002), что позволило выдвинуть предположение о существовании морских экоформ наземных видов.

Результатом сложившейся в морской микологии ситуации стали немногочисленные сведения о разнообразии вторичноводных морских грибов. Среди отечественных работ можно отметить единственную до недавнего времени монографическую работу Артемчук Н.Я. (1981), обобщившую результаты исследований морских грибов Белого, Баренцева, Черного, Балтийского морей. В 2006 году вышла в свет монография Пивкина М.В. с соавторами, объединившая все известные сведения о морских грибах и их метаболитах (Пивкин и др., 2006). В настоящее время, на фоне роста интереса мировой науки к морским грибам как ценным продуцентам биоактивных веществ, в России лишь единицы ученых занимаются вопросами морской микологии. Начиная с 1995 года нами получены сведения о разнообразии вторичноводных морских грибов различных акваторий дальневосточных морей. Впервые было изучено разнообразие грибов аквапочв в различных акваториях Охотского моря, где выделено и идентифицировано более 2000 штаммов грибов, относящихся к 131 виду из 45 родов (Слинкина, Пивкин, 2007; Слинкина и др., 2010; Киричук и др., 2012). Впервые получены сведения о  мицелиальных грибах губок южной части острова Сахалин (залив Анива), где выделено и идентифицировано 78 видов мицелиальных грибов (Пивкин и др., 2006). Впервые в мировой микологической практике было выделено 27 видов грибов из трех видов голотурий, что представляет особый интерес с точки зрения экологии и физиологии микромицетов (Pivkin, 2000). География наших исследований включает также акватории Южно-Китайского моря, где впервые были изучены грибные комплексы аквапочв (28 видов из 16 родов) и гидробионтов (морские травы, водоросли, мягкие кораллы). Из ядовитых мягких кораллов рода Palythoa было впервые выделено 26 видов грибов из 14 родов. Анализ данных по микобиоте морских растений Южно-Китайского моря показал, что видовое богатство микромицетов в тропической и субтропической зонах в 2-3 раза ниже видового богатства грибов морских растений умеренной зоны. В аквапочвах субтропической зоны выявлено более высокое содержание меланинсодержащих грибов. В настоящее время активно проводятся исследования вторичных морских грибов, ассоциированных с морскими автотрофными сообществами. Выявлено разнообразие грибов бурых водорослей рода Sargassum (S. pallidum, S. miyabei), включающее в общей сложности 29 видов грибов из 11 родов (Киричук, Пивкин, 2015); 28 видов мицелиальных грибов из 9 родов было выделено из морской травы Zostera marina, изучено их зональное распределение в биотической среде морской травы (Киричук, Пивкин, 2015a). Разнообразие выделенных микромицетов представлено в основном космополитными видами, относящимися к группе анаморфных грибов. Таксономический анализ вторичных морских грибов, ассоциированных с морскими растениями, выявил преобладание видов из родов Penicillium и Trichoderma, присутствие видов Cladosporium, Aspergillus, Paradendryphiella и др. Штаммы грибов, полученные в ходе проведенных исследований, вошли в состав коллекции морских микроорганизмов (официальный акроним КММ, http://www.piboc.dvo.ru/tmp/KMM.pdf), которая в настоящее время насчитывает более 2000 штаммов грибов (в том числе продуценты биоактивных соединений) и постоянно пополняется.

Пристальное внимание и рост интереса мировой науки к морским грибам как продуцентам новых биоактивных соединений обосновывают важность и актуальность таксономических и филогенетических исследований этой группы грибов. ХХI век в микологии в целом ознаменовался внедрением современных методов исследования систематики грибов и активным развитием геносистематики. Вопросы таксономии и филогении, в том числе выявление и описание новых таксонов морских грибов на основе современных молекулярно-генетических методов, на сегодняшний день являются ключевыми для современной морской микологии. Анализ литературных данных показал, что еще в 70-80-х годах прошлого столетия насчитывалось не более 500 видов морских грибов, в том числе 42 вида грибов из мангров, и считалось, что пополнение списка новыми видами облигатных морских грибов в будущем маловероятно (Kohlmeyer, Kohlmeyer, 1979). Однако уже в 1996 году Jones и Mitchell насчитали порядка 1500 видов, а по данным Jones и Alias число видов мангровых грибов достигло 200. По мнению некоторых авторитетных микологов источниками новых таксонов морских грибов могут быть необычные субстраты и малоизученные районы. Однако накопленные сведения по вторичноводным морским грибам позволяют смело утверждать, что эта группа грибов является одним из перспективных источников новых таксонов. Например, описан ряд новых видов из моря, не встречающихся в наземных условиях, но принадлежащие к родам вторичноводных морских грибов: Penicillium dimorphosporum H.J. Swart, Emericellopsis maritima Beljak., Eupenicillium limosum Ueda, Alternaria litorea Simmons (Pivkin et Zvereva), Aphanoascus aciculatus Pivkin et Khudyakova, Acremonium fuci Summerb., Zuccaro et W. Gams. Выявление новых видов морских грибов из группы вторичноводных возможно при использовании молекулярно-генетических методов. Исследования последних 15 лет показали, что генетически грибы гораздо более разнообразны, чем это можно наблюдать, основываясь лишь на фенотипических признаках. Не всякое генетическое изменение проявляется фенотипически, что затрудняет идентификацию грибов. Как показал анализ литературы, а также полученные нами в ходе исследований данные, подавляющую часть вторичноводных морских грибов составляют анаморфные (или митоспоровые) грибы, лишенные в процессе эволюции репродуктивных органов и размножающиеся исключительно бесполым путем (агамные виды). Поэтому определить границы таких видов возможно лишь на основе их молекулярных признаков. В ряде работ на основе молекулярно-генетических признаков было показано, что многие из известных видов анаморфных грибов генетически разнородны и представляют собой группу видов. Подобные сведения заставляют пересмотреть концепцию многих известных на сегодняшний день видов анаморфных грибов. Нами проведено таксономическое и филогенетическое исследование выделенных штаммов грибов на примере представителей рода Penicillium. Виды этого рода составляют почти половину видового разнообразия мицелиальных грибов в морских местообитаниях. Изучены фенотипические и молекулярно-генетические признаки штаммов Penicillium spp., выделенных из аквапочв, а также различных субстратов растительного и животного происхождения (бурых водорослей, морских трав, мягких кораллов и др.)  Изучение их молекулярных признаков проводилось методом мультилокусного анализа, основанного на анализе участков ДНК, содержащих гены ITS (локус ITS1-5.8S-ITS2), β-тубулина и калмодулина. С помощью программы BLAST-n был проведен сравнительный анализ секвенированных последовательностей с последовательностями из базы данных GenBank с целью поиска имеющихся гомологов. В результате проведенной работы было показано, что больше половины изученных штаммов не могут быть отнесены к каким-либо известным на сегодняшний день видам Penicillium, проявляя сходство с уже известными видами на уровне 80-98%.

Таким образом, инвентаризационный период в морской микологии далек от завершения. Анализ данных по морским грибам показывает, что сведения в области биологии, экологии и систематики даже культурабельных морских грибов остаются весьма ограниченными. Актуальными остаются вопросы об объеме группы вторичных морских грибов, таксономии и филогении, их роли в морских экосистемах. На сегодняшний день морская микология находится на этапе активного накопления новых сведений в области экологии и систематики морских грибов, а также пересмотра и переосмысления уже имеющегося материала на основе современных методов анализа.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФАНО России по Программе «Биоресурсные коллекции».

Список литературы / References

1. Артемчук Н.Я. Микофлора морей СССР.-М.: Наука, 1981.- 192 с.
2. Киричук Н.Н., Пивкин М.В., Полохин О.В. Грибные комплексы акваземов восточносахалинского шельфа // Биол. моря.- 2012.-Т. 38, №5.- С. 363-369.
3. Киричук Н.Н., Пивкин М.В. Вторичные морские грибы, ассоциированные с бурыми водорослями рода Sargassum залива Петра Великого (Японское море) // Микология и фитопатология.- 2015.- Т. 49.- С. 146-150.
4. Киричук Н.Н., Пивкин М.В. Мицелиальные грибы морской травы Zostera marina Linnaeus, 1753 бухты Рифовой (залив Петра Великого, Японское море) // Биол. моря.- 2015a.- Т. 41, №5.- С. 319-323.
5. Пивкин М.В., Бурцева Ю.В., Худякова Ю.В., Журавлева Н.В. Вторичная адаптация грибов в море: Современная микология в России: тез. докл. Первого съезда микологов.-М: Национальная академия микологии, 2002.-С. 77.
6. Пивкин М.В., Кузнецова Т.А., Сова В.В. Морские грибы и их метаболиты.- Владивосток: Дальнаука, 2006.- 248 с.
7. Пивкин М.В., Алешко С.А., Красохин В.Б., Худякова Ю.В. Комплексы грибов губок южного побережья острова Сахалин // Биол. моря.- - Т. 32.- С. 249-254.
8. Слинкина Н.Н., Пивкин М.В. Биоразнообразие грибов аквапочв южной части Сахалина // Микология и фитопатология.- 2007.- Т. 41, № 1.- С. 48–56.
9. Слинкина Н.Н., Пивкин М.В., Полохин О.В. Мицелиальные грибы аквапочв Сахалинского залива (Охотское море) // Биол. моря.- 2010.- Т. 36, № 6.- С. 410–414.
10. Kohlmeyer J., Kohlmeyer E. Marine mycology. -N.Y.: Academic Press, 1987.- 690 p.
11. Pivkin M.V. Filamentous fungi associated with holothurians from the Sea of Japan, of the Primorye coast of Russia// Biol. Bull.-- Vol. 198.- pp. 101-109.
12. Pivkin M.V., Khudyakova Yu.V., Burtseva Yu. V., Zhuravleva N.V., Frolova G.M. Re-adaptation of fungi in the sea: Abstract of the 8^th International Marine and Freshwater Mycology Symposium, 7-12 July 2001, Hurghada, Egypt, 2001.-P. 66.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Artemchuk N.Ja. Mikoflora morej SSSR [Mycoflora of seas of USSR].-M.: Nauka, 1981.- 192 p. [in Russian]
2. Kirichuk N.N., Pivkin M.V., Polohin O.V. Gribnye kompleksy akvazemov vostochnosahalinskogo shel'fa [Fungal assemblages of submarine soils of the Eastern Sakhalin shelf] // Biol. morja. [Russian Journal of Marine Biology]- 2012.-V. 38, №5.- P. 363-369. [in Russian]
3. Kirichuk N.N., Pivkin M.V. Vtorichnye morskie griby, associirovannye s burymi vodorosljami roda Sargassum zaliva Petra Velikogo (Japonskoe more) [Secondary marine fungi associated with brown algae Sargassum from Peter The Great Bay (the Sea of Japan)] // Mikologija i fitopatologija [Mycology and phytopathology].- 2015.- V. 49.- P. 146-150. [in Russian]
4. Kirichuk N.N., Pivkin M.V. Micelial'nye griby morskoj travy Zostera marina Linnaeus, 1753 buhty Rifovoj (zaliv Petra Velikogo, Japonskoe more) [Filamentous fungi associated with the seagrass Zostera marina Linnaeus, 1753 of  Rifovaya Bay (Peter the Great Bay, the Sea of Japan)] // Biol. morja [Russian Journal of Marine Biology].- 2015a.- V. 41, №5.- P. 319-323. [in Russian]
5. Pivkin M.V., Burceva Ju.V., Hudjakova Ju.V., Zhuravleva N.V. Vtorichnaja adaptacija gribov v more [Secondary adaptation of fungi in the sea]: Sovremennaja mikologija v Rossii: tez. dokl. Pervogo s#ezda mikologov [Modern mycology in Russia: materials of the 1^st Congress of mycologists].-M: Nacional'naja akademija mikologii, 2002.-P. 77. [in Russian]
6. Pivkin M.V., Kuznecova T.A., Sova V.V. Morskie griby i ih metabolity [Marine fungi and their metabolites].- Vladivostok: Dal'nauka, 2006.- 248 p. [in Russian]
7. Pivkin M.V., Aleshko S.A., Krasohin V.B., Hudjakova Ju.V. Kompleksy gribov gubok juzhnogo poberezh'ja ostrova Sahalin [Fungal assemblages of sponges of the south coast of Sakhalin island] // Biol. morja [Russian Journal of Marine Biology].- 2006.- V. 32.- P. 249-254. [in Russian]
8. Slinkina N.N., Pivkin M.V. Bioraznoobrazie gribov akvapochv juzhnoj chasti Sahalina [Fungal biodiversity of submarine soils from south part of Sakhalin island] // Mikologija i fitopatologija [Mycology and phytopathology].- 2007.- V. 41, № 1.- P. 48–56. [in Russian]
9. Slinkina N.N., Pivkin M.V., Polohin O.V. Micelial'nye griby akvapochv Sahalinskogo zaliva (Ohotskoe more) [Filamentous fungi of submarine soils of the Sakhalin Bay] // Biol. morja [Russian Journal of Marine Biology].- 2010.- V. 36, № 6.- P. 410–414. [in Russian]
10. Kohlmeyer J., Kohlmeyer E. Marine mycology. -N.Y.: Academic Press, 1987.- 690 p.
11. Pivkin M.V. Filamentous fungi associated with holothurians from the Sea of Japan, of the Primorye coast of Russia// Biol. Bull.-- Vol. 198.- pp. 101-109.
12. Pivkin M.V., Khudyakova Yu.V., Burtseva Yu. V., Zhuravleva N.V., Frolova G.M. Re-adaptation of fungi in the sea: Abstract of the 8^th International Marine and Freshwater Mycology Symposium, 7-12 July 2001, Hurghada, Egypt, 2001.-P. 66.