台湾野菇会发光！中研院解1.6亿年前「生态之谜」 登上国际期刊
夏季夜晚除了萤火虫，有些蕈类也会在树下散发着微微冷光！但为何蕈类会发光？一直是演化学家好奇的问题。中央研究院生物多样性研究中心蔡怡升副研究员最新研究指出，蕈类最早的发光基因簇始于1.6亿年前，同时，团队也发现这些基因由于特殊的演化机制被逐渐淘汰。本研究用台湾物种解开了生态谜题，也将有助于发光基因转殖于植物的应用。
蔡怡升表示，小菇支系（Mycenoid lineage）是世界三大含有发光真菌的支系之一，针对小菇支系，研究团队采集了台湾4种发光以及1种不具发光的物种，解序其基因体。小菇支系具有约600个物种，但仅11%具发光特性。研究发现，相较于其他支系，小菇支系的基因体大小差异特别大。其中，在较大的基因体里，能促进基因体扩大的跳跃基因「转位子」（transposable element）也较多，而负责抑制转位子的甲基化（methylation）则被稀释，因此基因体演化出高变异性且不断扩大。
▲中研院研究团队用台湾物种解开了生态谜题，也将有助于发光基因转殖于植物的应用。（图／中央研究院提供）
沿着基因线索往前追溯，再透过化石资料校正及分析42个菇类总共50多万个基因，团队推估出世界上第一株发光蕈类，应出现于距今1.6亿年前的侏罗纪。接着在其后的白垩纪 （距今约1.4亿年前）分化出小菇支系，正值开花植物大量出现在地球的时期。
团队也推测，这些植物提供的多样栖地或营养源的出现，加上小菇支系本身拥有的高变异基因体，促使小菇支系演化出分解不同死亡植物或与植物共生的多样物种。但因为小菇支系的发光基因簇位在高变异的位置，在演化过程中被不断重组，部分蕈类发光的功能也因此渐渐被淘汰，导致现今存在的发光基因也就散落在不同分支。
目前之所以还有发光蕈类存在，可能是因为其冷光刚好对适应环境有所帮助，例如，可透过光线吸引昆虫啃食、帮助散播孢子。
▲中研院研究发光蕈类的论文，11月发表于「美国国家科学院院刊（PNAS）」，并被选为当期封面故事。（图／中央研究院提供）
蔡怡升也说，发光蕈不是永远都在发光，不同组织及发育阶段也有不同的发光程度。有些只在菌丝发光，有些则在成熟子实体的柄或蕈盖发光。研究团队本次也发现，在不同发育阶段及组织，有另外54个基因的表现量都跟着发光基因簇一同改变。代表这些基因可能正调控着真菌的发光程度。若能进一步掌握其调控，将有助了解真菌调控发光的生态意义。
目前，这些发光蕈类的基因可以活用于各领域，例如可用于追踪体内转殖之癌细胞，或透过创造能自体发光的植物或环境污染的生物感测警示器。此外，有些小菇属真菌会导致咖啡产生叶斑病，或本身是开花植物的营养来源，持续探索这些蕈类的基因体，都有助于提升生物资源的利用。
论文第一及共同作者柯惠棉博士表示，这是全球第一个发表的小菇支系完整基因体的研究。除了有助于了解生物在面对不同环境的生存策略，也提供了研究的蓝图。未来，研究团队将进一步探讨物种调控发光的机制。
蔡怡升强调，虽然台湾目前对蕈类的研究着重于食用或药用功能，但发光蕈的应用已愈发成熟且备受重视，本次研究定序的5个物种皆在台湾采集，如目前仅在台湾发现的垦丁小菇及金星小菇等，也将成为国际间研究真菌的重要基因体资源。
研究论文已于今（2020）年 11月发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS），并被选为当期封面故事，为全球第一篇探讨真菌发光基因演化的学术文章。