Composizione genomica del fotobionte fungino e del microbioma nella simbiosi tripartita di Cladonia uncialis

Vita sulla roccia nuda

I licheni sono tra i pionieri più resistenti della natura, capaci di colonizzare roccia nuda, tundra gelata e scogliere battute dal sole dove pochi altri organismi sopravvivono. Questo studio esplora in profondità una di queste specie, Cladonia uncialis, considerandola non come un singolo organismo ma come una piccola comunità vivente composta da fungo, alghe e batteri. Decodificando il DNA di tutti questi partner ad alta risoluzione, gli autori costruiscono un “progetto” genomico che aiuta a spiegare come questo micro-ecosistema resista a condizioni avverse e contribuisca alla formazione di nuovi habitat.

Una squadra di tre partner

Cladonia uncialis è un lichene fruticoso con rami cavi simili a piccole canne che si estende su suoli ricchi di humus o sabbiosi nelle foreste di conifere fredde e nelle brughiere dell’emisfero settentrionale. È già nota per produrre acidi licheniici particolari, composti rari che potrebbero aiutarla a respingere i microbi o a gestire situazioni di stress. Come altri licheni, C. uncialis è strutturata attorno a un fungo (il micobionte) che ospita partner fotosintetici (i fotobionti, qui alghe) oltre a un cast diversificato di batteri. Lavori genomici precedenti si basavano su brevi frammenti di DNA, lasciando un quadro a pezzi di come questi partner siano organizzati e di come si adattino collettivamente a freddo, siccità e radiazione intensa.

Costruire un progetto genetico completo

Per affinare questo quadro, i ricercatori hanno utilizzato il sequenziamento del DNA a letture lunghe combinato con la tecnologia Hi-C per collegare i cromosomi, ottenendo assemblaggi di genomi quasi completi. Per il partner fungino hanno ricostruito 28 cromosomi per un totale di circa 43,5 milioni di basi, con quasi tutta la sequenza saldamente ancorata ai cromosomi, a indicare un assemblaggio altamente continuo e affidabile. Per il fotobionte algale hanno assemblato un genoma di 60,0 milioni di basi, con la maggior parte organizzata in 18 cromosomi, rivelando una netta separazione tra DNA fungino e algale basata sulla loro distinta composizione in basi. Hanno poi previsto e raffinato oltre 11.000 geni fungini, catalogato RNA non codificanti e mappato elementi ripetitivi come elementi trasponibili e long terminal repeat.

Tracciare l’evoluzione e forze nascoste

Collocando C. uncialis in un albero evolutivo assieme ad altri funghi che formano licheni, il team ha scoperto che forma un gruppo stretto con la specie antartica Cladonia borealis, separandosi dalla sua famiglia più ampia circa 60 milioni di anni fa. Confronti dettagliati delle famiglie geniche hanno evidenziato centinaia di gruppi che si sono espansi o contratti, suggerendo forti pressioni evolutive. I set espansi sono arricchiti in funzioni legate a reazioni redox, produzione di energia e sintesi di acidi grassi e acidi organici correlati. Analisi di reti e percorsi biochimici indicano un potenziamento della fosforilazione ossidativa (il principale processo di produzione energetica cellulare), del metabolismo di amminoacidi e zuccheri e della costruzione e manutenzione di membrane cellulari flessibili—tutti tratti che favorirebbero la sopravvivenza in condizioni fredde, secche e ad alta radiazione.

I collaboratori batterici nascosti

Oltre a fungo e alghe, gli autori hanno indagato gli abitanti batterici del lichene utilizzando sia il sequenziamento metagenomico a letture corte sia a letture lunghe. Hanno identificato oltre 300.000 geni batterici non ridondanti e ricostruito 31 genomi batterici in bozza dalla superficie e dall’interno del lichene. La comunità è dominata da funghi Ascomycota e da gruppi batterici come Proteobacteria (qui indicati come Pseudomonadota) e Bacteroidota, con generi notevoli che includono il fungo del lichene Cladonia e il batterio Flavobacterium. Il sequenziamento a letture lunghe ha migliorato notevolmente la rilevazione di specie batteriche rare, rivelando una struttura “core-satellite” in cui poche linee filogenetiche sono comuni mentre molte altre permangono a bassa abbondanza. Il profilo funzionale mostra che molti di questi batteri possiedono percorsi completi per la sintesi e la degradazione degli acidi grassi, la produzione di energia e la sintesi di zuccheri di superficie, suggerendo che contribuiscono alla gestione dei lipidi del lichene, alla generazione di ATP e alla formazione di strati protettivi esterni.

Perché questo piccolo mondo è importante

Complessivamente, questi risultati forniscono la prima visuale a livello cromosomico del sistema simbiotico di C. uncialis e un censimento dettagliato dei suoi partner microbici. Per i non specialisti, il messaggio chiave è che un lichene non è semplicemente un fungo con un po’ di alghe, ma un mini-ecosistema strettamente integrato la cui resilienza emerge da strumenti genetici condivisi per l’uso dell’energia, la difesa dallo stress e la manutenzione delle membrane. Rendendo tutti questi dati genomici e metagenomici pubblicamente disponibili, lo studio offre una base per lavori futuri su come la vita conquista ambienti estremi, su come evolvono le comunità simbiotiche e su come la chimica unica dei licheni potrebbe essere sfruttata in biotecnologia o medicina.

Citazione: Dong, Z., Sun, M.S., He, Y.D. et al. Fungal photobiont and microbiome genome composition in the Cladonia uncialis tripartite symbiosis. Sci Data 13, 319 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06624-6

Parole chiave: simbiosi dei licheni, Cladonia uncialis, microbioma, assemblaggio del genoma, ambienti estremi