Modern taxonomy and approaches to the identification of the genus Talaromyces (Trichocomaceae, Eurotiales)

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение доступности различных технологий секвенирования ДНК способствовало накоплению значительного количества молекулярных данных. Большинство этих данных доступны и хранятся в таких базах данных, как GenBank, UNITE, SILVA и др. Внедрение процедуры идентификации таксона с использованием только короткой последовательности ДНК (ДНК-штрихкодирование) и открытие универсальных генетических участков позволило сравнивать свои данные исследователям по всему миру. Для грибов таким претендентом на универсальность оказался участок внутреннего транскрибируемого спейсера (ITS), считающийся оптимальным для идентификации (Schoch et al., 2012; Lücking et al., 2020) и рекомендованный как первичный ДНК-штрихкод для различных групп грибов. Однако для значительной части таксонов (~17%) было показано, что ITS является малоинформативным, поэтому они не могут быть надежно идентифицированы до видового уровня (Vu et al., 2019; Lücking et al., 2020). Недостаточная информативность при использовании ITS может быть связана с недавно показанной внутригеномной изменчивостью для мультикопийных генов, которая в некоторых случаях может превышать межвидовую изменчивость (особенно это проблематично для видовых комплексов), что затрудняет идентификацию конкретных видов (Paloi et al., 2022). Вторичные ДНК-штрихкоды — в основном белок-кодирующие участки (например, TEF1-α, RPB1, RPB2, β-tubulin, CaM), все чаще внедряются для идентификации таксонов, где ITS не обеспечивает достаточной точности (Tekpinar, Kalmer, 2019). Несмотря на широкое распространение ДНК-штрихкодов, методы, основанные на изучении фенотипических признаков, по-прежнему остаются важными для первичной каталогизации биоразнообразия грибов (Lücking et al., 2020).

Система грибов подвержена многочисленным изменениям, поскольку исследователи пытаются использовать различные подходы к их классификации. До августа 2011 г. в номенклатуре грибов на протяжении многих десятилетий была разрешена двойная номенклатура: из-за плеоморфизма различные формы спорообразования гриба (анаморфные и телеоморфные) могли иметь разные названия. Многие виды микроскопических грибов достаточно легко образуют анаморфное спороношение и редко или никогда — телеоморфное, поэтому существующие системы идентификации опирались преимущественно на морфологические признаки именно бесполого размножения. Однако эта система оказалась плохо совместима с данными, появившимися в настоящее время благодаря более надежным молекулярным методам (Gams, 2016).

Поэтому смещение акцента в системе грибов с морфологических на молекулярные признаки, отказ от двойной номенклатуры и принятие принципа “один гриб — одно название” (Hawksworth et al., 2011), привело к заметным изменениям как в понимании границ и объема рода Talaromyces, так и в его внутриродовой структуре.

История ключевых изменений рода Talaromyces

Род Talaromyces был введен C.R. Benjamin (1955) как половая стадия для некоторых грибов из рода Penicillium, обладающих закрытыми плодовыми телами и рыхлым перидием из переплетенных гиф, с типовым видом Talaromyces vermiculatus (P.A. Dang.) C.R. Benj., позднее, в 1972 г., сведенным в синонимы с T. flavus (Klöcker) Stolk et Samson (Stolk, 1972). Исходно представители рода Talaromyces морфологически характеризовались своей половой стадией (телеоморфой), имеющей плодовые тела типа гимнотеция или клейстотеция, унитуникатные прототуникатные сумки с восемью одноклеточными аскоспорами, имеющими экваториальные гребни или без них. Бесполые стадии (анаморфы) ассоциировались с родом Penicillium и другими родственными родами: Geosmithia, Merimbla, Paecilomyces и Sagenomella (Benjamin, 1955; Malloch, Cain, 1972; Stolk, 1972; Yaguchi et al., 1996b; Samson, Pitt, 2003).

Первый вид, который сейчас мы относим к роду Talaromyces, T. flavovirens (Durieu et Mont.) Visagie, Llimona et Seifert был изначально описан еще в 1845 г. как Lasioderma flavovirens Durieu et Mont., однако перенесен в род Talaromyces лишь в 2013 г. (Visagie et al., 2013). Немного раньше, в 2012 г., было показано, что Penicillium aureocephalum Munt-Cvetk., Hoyo et Gómez-Bolea является синонимом Lasioderma flavovirens и принадлежит к роду Talaromyces (Visagie et al., 2012), из-за чего возникли проблемы, так как Lasioderma была более старым названием, чем широко используемое Talaromyces. Это закономерно привело к предложению сохранить Talaromyces, и была проведена процедура консервации названия (Seifert et al., 2012).

Первая внутриродовая классификация Talaromyces была введена в 1972 г. Она была основана на особенностях строения конидиального аппарата и морфологии колоний, в результате чего для рода были предложены четыре секции: Emersonii, Purpurea, Talaromyces, Thermophila (Stolk, Samson, 1972). J. Pitt (1979) принял секции Talaromyces, Thermophilus и Purpureus и ввел для секции Talaromyces серии Flavi, Lutei, Trachyspermi. Также он ввел секцию Coremigenum для Penicillium subg. Biverticillium, добавив в нее серии Dendritica и Duclauxii. На основании изучения убихиноновых профилей большинства видов Talaromyces было показано, что почти все виды Talaromyces, связанные с анаморфой Penicillium, имели убихиноновую систему Q10(H₂), а остальные виды Penicillium — систему Q9. В отдельную секцию Trachyspermus были вынесены представители Talaromyces sect. Talaromyces ser. Trachyspermi, у которых была обнаружена смесь убихинонов Q10(H₂) и Q10(H₄), которые отличались белыми плодовыми телами и быстрым ростом при 37^օC (Yaguchi et al., 1996).

Молекулярные данные по роду Talaromyces начали появляться с 1990-х гг., и они однозначно продемонстрировали тесную связь телеоморф Talaromyces с анаморфами рода Penicillium subg. Biverticillium, и показали, что Penicillium не является монофилетичным (LoBuglio et al., 1993; Berbee et al., 1995). В 1993 г. на основе анализа последовательностей малой субъединицы митохондриальной рДНК и ядерной рДНК для 10 видов Talaromyces и шести видов из Penicillium subg. Biverticillium было выдвинуто предположение о том, что введенные на основе морфологических данных секции и серии Talaromyces не полностью отражают их реальные филогенетические отношения; также были высказаны сомнения о принадлежности Talaromyces thermophilus Stolk к роду Talaromyces (LoBuglio et al., 1993). В дальнейшем полифилия Penicillium и близость Talaromyces к Penicillium subg. Biverticillium была продемонстрирована еще не раз на множестве молекулярных данных. Ключевые работы по анализу последовательностей различных генетических локусов приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Работы, в которых была показана полифилия рода Penicillium и обособленность рода Talaromyces

Генетические локусы	Авторы
Малая субъединица ярДНК (18S SSU)	Berbee et al. (1995); Ogawa et al. (1997)
Большая субъединица ярДНК (28S LSU)	Ogawa et al. (1997)
Митохондриальный ген малой субъединицы рРНК (mtSrDNA) и внутренний транскрибируемый спейсер (ITS)	LoBuglio et al. (1993)
Кальмодулин (СaM)	Wang, Zhuang (2007)
Внутренний транскрибируемый спейсер (ITS) ярДНК и наибольшая субъединица РНК-полимеразы II (RPB1)	Samson et al. (2011)

 

Основываясь на результатах филогенетических реконструкций по участкам RPB1 и ITS, фенотипических признаках и профилях вторичных метаболитов, все виды из Penicillium subg. Biverticillium были включены в род Talaromyces, образовав монофилетическую кладу, удаленную от других подродов Penicillium. Диагноз рода при этом был значительно расширен, так как Talaromyces стал включать анаморфные виды с симметричными двухъярусными кисточками, гладкими или шероховатыми конидиеносцами, несущими остроконечные и ампуловидные фиалиды, продуцирующие конидии от шаровидных до эллипсовидных, а также телеоморфные виды с плодовыми телами типа клейстотеций с мягкой рыхлой стенкой, часто желтой окраски (иногда белой, кремовой, розоватой, оранжевой, красноватой или зеленой), содержащими сумки с восемью, и, реже, двумя гладкими, но чаще шиповатыми и/или с гребнями аскоспорами, от эллипсоидных до шаровидных, от бесцветных до желтых, иногда красных (Samson et al., 2011; Yilmaz et al., 2014a).

Включение Penicillium subg. Biverticillium в Talaromyces выявило необходимость в новой внутриродовой системе, для чего было важно сначала уточнить таксономическое положение спорных видов. Так, Talaromyces emersonii Stolk и T. byssochlamydoides Stolk et Samson были перенесены в новый род Rasamsonia (Houbraken, Samson, 2011), а чуть позднее и Talaromyces thermophilus был перенесен в род Thermomyces (Houbraken et al., 2014). Таким образом, секции Thermophila и Emersonii были упразднены. В это же время было предложено разделить семейство Trichocomaceae на три: Aspergillaceae, Thermoascaceae, Trichocomaceae на основе мультилокусного филогенетического анализа по четырем генетическим участкам: RPB1, RPB2, Tsr1 и Cct8. Род Talaromyces, вместе с пятью другими родами (Dendrosphaera, Rasamsonia, Sagenomella, Thermomyces, Trichocoma), остался в семействе Trichocomaceae, которое с этого момента стали понимать sensu stricto (Houbraken, Samson, 2011).

После разграничения семейства Trichocomaceae и решения вопросов о переносе спорных видов на основе мультигенной филогении по локусам ITS, BenA и RPB2 было предложено разделение, призванное наиболее точно отразить связи между видами рода Talaromyces. Были выделены следующие секции: Bacillispori, Helici, Islandici, Purpurei, Talaromyces, Subinflati, Trachyspermi (Yilmaz et al., 2014). Позже был описан новый вид Talaromyces tenuis B.D. Sun, A.J. Chen, Houbraken et Samson, который поместили в новую секцию Tenues (Sun et al., 2020). В табл. 2 в хронологическом порядке собраны системы, предлагавшиеся для внутриродового разделения Talaromyces, а также указаны признаки, на основе которых они были выделены.

 

Таблица 2. Различные подходы к выделению секций в роде Talaromyces

Авторы	Stolk (1972)	Yaguchi et al. (1996)	Yilmaz et al. (2014)	Sun et al. (2020)
Признаки	морфологические	биохимические и морфологические	молекулярные и морфологические	молекулярные и морфологические
Секции	Emersonii1	Emersonii1	Bacillispori	Bacillispori
	Purpurea	Purpurea	Purpurei	Purpurei
	Talaromyces	Talaromyces	Talaromyces	Talaromyces
	Thermophila2	Thermophila2	Islandici	Islandici
		Trachyspermus	Trachyspermi	Trachyspermi
			Subinflati	Subinflati
			Helici	Helici
				Tenues

Примечание.*Система, предложенная в работе Pitt (1979) (не приведена в данной таблице).¹ Секция перенесена в род Rasamsonia (Houbraken et al., 2012).² Секция перенесена в род Thermomyces (Houbraken et al., 2014).

 

Таким образом, накопление молекулярных данных способствовало значительному расширению представления о составе рода Talaromyces. После включения в него Penicillium subg. Biverticillium число видов выросло до 71 (Samson et al., 2011). Позже на основе мультигенной филогении была предложена новая внутриродовая система, состоящая из семи секций, куда поместили 88 принятых на тот момент видов (Yilmaz et al., 2014). В 2020 г. в род была добавлена восьмая секция (Sun et al., 2020), а количество описанных видов увеличилось до 171 (Houbraken et al., 2020).

Виды рода Talaromyces и их субстратная приуроченность

Анализ литературных данных показал, что интерес к роду Talaromyces с 2011 г. значительно вырос: за период с 2011 по первое полугодие 2023 г. было описано более половины всех известных на сегодня видов Talaromyces, а их количество увеличилось с 71 вида (Samson et al., 2011) до 198 видов (обобщенные литературные данные на первое полугодие 2023 г.). На рис. 1 приведена столбчатая диаграмма с хронологией количества описаний новых видов, входящих на данный момент в род Talaromyces.

 

Рис. 1. Столбчатая диаграмма, демонстрирующая количество новых видов Talaromyces (или их базионимов), описанных в период с 1845 по 2023 г.

 

Для построения диаграммы на рис. 1 была собрана база данных публикаций (190 публикаций) по всем видам, которые сегодня относят к роду Talaromyces. Начало датируется 1845 г., когда был описан вид Lasioderma flavovirens, получивший новую комбинацию Talaromyces flavovirens в 2013 г. (Visagie et al., 2013).

С увеличением количества работ по описанию новых видов Talaromyces исследователи стали проводить ревизии и оценку объема рода. Этот параметр менялся год от года. В табл. 3 приведены работы, опубликованные в период с 1955 по первое полугодие 2023 г., по которым можно оценить динамику расширения рода Talaromyces по количеству видов. До 2011 г. эти ревизии носили спорадический характер и стали регулярными лишь в последнее время.

 

Таблица 3. Динамика описания видов в роде Talaromyces с 1955 по 2023 г.

Год	Количество видов	Авторы
1955	10	Benjamin (1955)
1972	18	Stolk (1972); Malloch, Cain (1972)
1978	18	Kirilenko (1978)
1987	20	von Arx (1987)
2011	71	Samson et al. (2011)
2014	88	Yilmaz et al. (2014)
2018	120	Tsang et al. (2018)
2020	171	Houbraken et al. (2020)
2022	149	Wijayawardene et al. (2022)
2023	198	Обобщенные литературные данные

 

Из данных табл. 3 хорошо заметно значительное нарастание в количестве видов, известных для Talaromyces с 1978 по 2011 г. В течение этого периода было описано или перенесено в род 31 вид, однако на 2023 г. из них в Talaromyces остались всего 10. Полный список этих видов и их текущее название приведены в табл. 4. Остальные виды, сейчас являющиеся частью рода Talaromyces, за это время были описаны в анаморфных родах Penicillium, Sagenoma, Paecilomyces и др. и перенесены в Talaromyces только в 2011 г. по результатам работы R.A. Samson (2011).

 

Таблица 4. Виды Talaromyces, описанные с 1978 по 2011 г.

Вид	Авторы	Текущее название (по: Index Fungorum, 2023)
Talaromyces assiutensis Samson et Abdel-Fattah	Samson, Abdel-Fattah (1978)	Talaromyces assiutensis Samson et Abdel-Fattah
T. gossypii Pitt	Pitt (1979)	Penicillium gossypii Pitt
T. mimosinus A.D. Hocking	Pitt (1979)	Penicillium mimosinum A.D. Hocking
T. ohiensis Pitt	Pitt (1979)	Penicillium ohiense L.H. Huang et J.A. Schmitt
T. panasenkoi Pitt	Pitt (1979)	Penicillium panasenkoi Pitt
T. malagensis (Thüm.) Stalpers et Samson	Stalpers (1984)	Sporotrichum malagense Thüm.
T. thermocitrinus Subrahm. et Gopalkr.	Subrahmanyam, Gopalkrishnan (1984)	Talaromyces thermocitrinus Subrahm. et Gopalkr. (Index Fungorum, 2023); T. liani (Kamyschko) Yilmaz, Frisvad et Samson (Yilmaz et al., 2014)
T. ryukyuensis (S. Ueda et Udagawa) Arx	Arx (1987)	Penicillium unicum Tzean, J.L. Chen et Shiu
T. viridis (Stolk et G.F. Orr) Arx (как viride)	Arx (1987)	Talaromyces viridis (Stolk et G.F. Orr) Arx
T. derxii Takada et Udagawa	Takada, Udagawa (1988)	Penicillium derxii Takada et Udagawa
T. macrosporus (Stolk et Samson) Frisvad, Samson et Stolk	Frisvad et al. (1990)	Talaromyces macrosporus (Stolk et Samson) Frisvad, Samson et Stolk
T. helicus var. boninensis Yaguchi et Udagawa	Yaguchi et al. (1992)	Talaromyces boninensis (Yaguchi et Udagawa) Samson, N. Yilmaz et Frisvad
T. unicus Tzean, J.L. Chen et Shiu	Tzean et al. (1992)	Penicillium unicum Tzean, J.L. Chen et Shiu
T. convolutus Udagawa	Udagawa (1993)	Penicillium convolutum Udagawa
T. emodensis Udagawa	Udagawa (1993)	Penicillium emodense Udagawa
Talaromyces tardifaciens Udagawa	Udagawa (1993)	Penicillium tardifaciens Udagawa
T. indigoticus Takada et Udagawa	Takada, Udagawa (1993)	Penicillium indigoticum Takada et Udagawa
T. austrocalifornicus Yaguchi et Udagawa	Yaguchi et al. (1993a)	Penicillium austrocalifornicum Yaguchi et Udagawa
T. subinflatus Yaguchi et Udagawa	Yaguchi et al. (1993a)	Penicillium subinflatum Yaguchi et Udagawa
T. barcinensis Yaguchi et Udagawa	Yaguchi et al. (1993b)	Penicillium barcinense Yaguchi et Udagawa
T. lagunensis Udagawa, Uchiy. et Kamiya	Udagawa et al. (1994)	Penicillium lagunense Udagawa, Uchiy. et Kamiya
T. spectabilis Udagawa et Shoji Suzuki	Udagawa, Suzuki (1994)	Paecilomyces variotii Bainier
T. muroii Yaguchi, Someya et Udagawa	Yaguchi et al. (1994)	Talaromyces muroii Yaguchi, Someya et Udagawa
T. eburneus Yaguchi, Someya et Udagawa	Yaguchi et al. (1994)	Rasamsonia eburnea (Yaguchi, Someya et Udagawa) Houbraken et Frisvad
T. trachyspermus var. assiutensis (Samson et Abdel-Fattah) Yaguchi et Udagawa	Yaguchi et al. (1994)	Talaromyces assiutensis Samson et Abdel-Fattah
T. wortmannii var. sublevisporus Yaguchi et Udagawa	Yaguchi et al. (1994)	Talaromyces sublevisporus (Yaguchi et Udagawa) Samson, N. Yilmaz et Frisvad
T. hachijoensis Yaguchi, Someya et Udagawa	Yaguchi et al. (1996a)	Talaromyces hachijoensis Yaguchi, Someya et Udagawa
T. euchlorocarpius Yaguchi, Someya et Udagawa	Yaguchl et al. (1999)	Penicillium euchlorocarpium Yaguchi, Someya et Udagawa
T. brevicompactus H.Z. Kong	Kong (1999)	Hamigera brevicompacta (H.Z. Kong) Houbraken, Frisvad et Samson
T. ocotl Bills et Heredia	Heredia et al. (2001)	Sagenomella ocotl (Bills et Heredia) Samson, Houbraken et Frisvad
T. apiculatus Samson, N. Yilmaz et Frisvad	Samson et al. (2011)	Talaromyces apiculatus Samson, N. Yilmaz et Frisvad

Примечание. Данные по текущему названию вида приведены из Index Fungorum (2023). Подчеркиванием выделены виды, которые остались в Talaromyces.

 

Распределение работ по описанию новых видов Talaromyces по странам и регионам их обнаружения за 11 лет (с 2012 по первое полугодие 2023 г.) представлено в табл. 5. Всего за этот период было описано 124 новых вида, 55 из которых описано из стран Азии, и, в частности, 49 новых видов (40% от общего количества) из стран Восточной Азии. Второй регион по числу новых описаний Talaromyces — Сев. Америка, откуда было описано 26 новых видов (21%).

 

Таблица 5. Страны, из которых были описаны новые виды Talaromyces с 2012 по первое полугодие 2023 г.

Страна	Число видов	Регион	Ссылка
Китай	42	Восточная Азия	Chen et al. (2016); Wang et al. (2016); Wang et al. (2016); Wang et al. (2017); Su, Niu (2018); Jiang et al. (2018); Sun et al. (2020); Han et al. (2021); Pyrri et al. (2021); Tian, (2021); Wei et al. (2021); Zhang et al. (2021); Han et al. (2021); Sun et al. (2022); Wang, Zhuang, (2022); Zhang et al. (2023)
Республика Корея	6		Sang et al. (2013); You et al. (2020); Nguyen et al. (2021)
Япония	1		Fujii et al. (2014)
Таиланд	4	Юго-Восточная Азия	Manoch et al. (2013); Nuankaew et al. (2022)
Индия	1	Южная Азия	Rajeshkumar et al. (2019)
Иран	1	Западная Азия	Crous et al. (2016)
США	22	Северная Америка	Peterson, Jurjević, (2013); Guevara-Suarez et al. (2017); Peterson, Jurjević, (2017); Crous, Wingfield, et al. (2018); Crous, Luangsa-ard, et al. (2018); Peterson, Jurjević, (2019)
Канада	2		Visagie et al. (2015); Peterson, Jurjević, (2017)
Мексика	2		Visagie, Hirooka, et al. (2014); Peterson, Jurjević, (2017)
Колумбия	6	Южная Америка	Visagie et al. (2015); Yilmaz, López-Quintero, et al. (2016); Guerra Sierra et al. (2022)
Бразилия	4		Barbosa et al. (2018); Crous, Carnegie, et al. (2019); Rodríguez-Andrade et al. (2019)
Аргентина	2		Romero et al. (2016)
Гватемала	1	Центральная Америка	Crous, Wingfield, et al. (2019)
Испания	4	Европа	Rodríguez-Andrade et al. (2019); Pyrri et al. (2021)
Нидерланды	4		Yilmaz et al. (2012); Visagie et al. (2015); Crous et al. (2017); Pyrri et al. (2021)
Германия	2		Crous et al. (2017); Pyrri et al. (2021)
Италия	2		Varriale et al. (2018); Peterson, Jurjević, (2019)
Португалия	1		Trovão et al. (2021)
Франция	1		Crous et al. (2020)
Южная Африка	12	Африка	Yilmaz et al. (2012); Visagie, Jacobs, (2012); Frisvad et al. (2013); Visagie et al. (2014); Visagie et al. (2015); Yilmaz et al. (2016); Peterson, Jurjević, (2019); Pyrri et al. (2021)
Гана	1		Peterson, Jurjević, (2019)
Австралия	2	Австралия	Visagie et al. (2015); Sun et al. (2020)
Микронезия	1	Микронезия	Visagie et al. (2014)
Итого:	124

 

Субстраты, на которых впервые были обнаружены виды Talaromyces, достаточно разнообразны и приведены в табл. 6. Для составления табл. 6 была собрана база данных публикаций по всем видам, которые сегодня относят к роду Talaromyces. Подсчитано процентное соотношение количества видов на определенном типе субстрата и общего количества видов для каждого типа субстрата. Эти данные также можно условно разделить на две части. До 2012 г. основная масса видов была описана из почвы и подстилки (57 видов, 77%), а с остальных субстратов значительно меньше. Нужно отметить, что в 1959 г. из внутренних органов китайской бамбуковой крысы (Rhizomys sinensis) в горной местности Центрального Вьетнама был выделен и описан патоген Penicillium marneffei Segretain, Capponi et Sureau (Segretain, 1959), являющийся эндемиком Юго-Восточной Азии и вызывающий глубокие микозы у людей с ослабленным иммунитетом (Pruksaphon et al., 2022). Позже этот вид перенесен в род Talaromyces (Samson et al., 2011).

 

Таблица 6. Субстраты, на которых были описаны виды рода Talaromyces

Субстрат	Число видов	%
1955–2011
Почва	54	74
Искусственные материалы	5	6.8
Растения, древесина, семена	4	5.4
Подстилка	3	4.1
2012–2023
Почва	50	40.3
Воздух	17	13.7
Растения и древесина	12	9.6
Помещения и пыль	9	7.2
Подстилка	5	4
Ризосфера и корни	5	4
Воздух	3	4.1
Неизвестный субстрат	3	4.1
Перо Hylocichla fuscescens	1	1.4
Внутренние органы Rhizomys sinensis	1	1.4
Ткани и органы человека	5	4
Насекомые, суставная жидкость животных	5	4
Фрукты	5	4
Вода	4	3.2
Мед	4	3.2
Семена	3	2.4

 

Субстраты, на которых были описаны виды Talaromyces после 2011 г., гораздо разнообразнее. Почва, подстилка, ризосфера и корни растений являются субстратом для уже менее чем половины (48%) всех описанных за это время видов. Значительная часть видов (21%) была обнаружена в воздухе и пыли помещений. С растительными субстратами (остатками растений, древесиной, семенами, фруктами) связано 16% описанных видов. Остальные находки (15%) сделаны на самых разнообразных субстратах, к которым относятся насекомые, ткани собаки, ткани человека, мед, вода. Прямая ассоциация с этими субстратами требует дополнительных подтверждений отсутствия поверхностной контаминации их спорами.

Таким образом, интерес к видам рода Talaromyces значительно вырос после 2011 г., что также отразилось и на количестве описаний новых видов: с 2000 по 2011 г. было описано только два новых вида рода Talaromyces и четыре вида рода Penicillium (в 2002 г. описан Penicillium calidicanium J.L. Chen, в 2004 г. — P. cecidicola Seifert, Hoekstra et Frisvad, в 2008 г. — P. ramulosum Visagie et K. Jacobs, в 2010 г. — P. albobiverticillium H.M. Hsieh, Y.M. Ju et S.Y. Hsieh), которые в 2011 г. были включены в Talaromyces (Houbraken, Samson, 2011). С 2012 по 2023 г. было описано 124 новых вида, значительная часть — из стран Азии. На первое полугодие 2023 г., по обобщенным литературным данным, известно 198 видов рода Talaromyces, которые в большинстве приурочены к почве и связанным с ней субстратам (подстилке, растениям, древесине, семенам, фруктам, корням) — 141 вид, или 71% от общего количества видов.

Дифференциация и идентификация видов рода Talaromyces

Классификация микроскопических грибов всегда вызывала трудности у исследователей. Основные причины — дефицит легко наблюдаемых стабильных морфологических признаков, отсутствие полового размножения у значительной части видов и связанные с этим технические трудности при изучении. Выходом из этой ситуации стало развитие молекулярной филогении и основанной на ней системе, что позволило свести к минимуму субъективность интерпретации полученных данных. Логичным продолжением молекулярной филогении стал полифазный таксономический подход для определения критериев вида, основанный на независимом анализе множества признаков и свойств у большого числа штаммов (Gannibal, 2021). Попытки построения таких систем на основе морфологических, физиологических, молекулярных признаков и вторичных метаболитов сейчас проводят и для рода Talaromyces (Yilmaz et al., 2014; Tsang et al., 2018; Houbraken et al., 2020b).

Наиболее полная система для достоверного разделения видов была предложена в 2014 г. для рода Penicillum, но она также хорошо работает и для Talaromyces (Visagie et al., 2014). В основе этой системы лежат строго стандартизованные условия культивирования штамма и последующая его характеристика по трем направлениям: морфологическому, молекулярному и физиологическому.

На первом этапе штамм инкубируют из споровой суспензии в течение семи сут в темноте на вентилируемых чашках Петри (диаметр 90 мм, 20 мл питательной среды в чашке). Рекомендуемые питательные среды: MEA при 25^օC, CYA в трехкратной повторности при 30 и 37^օC. Дополнительно можно использовать среды CZ, YES, OA, CREA, DG18, CYAS (Crous et al., 2009; Visagie, Houbraken et al., 2014). Второй этап — всесторонний анализ, характеристика и выявление признаков, описанных в табл. 7.

 

Таблица 7. Данные, необходимые для дифференциации видов рода Talaromyces (по: Visagie, 2014)

Морфологическая характеристика
Макроморфологические признаки	Микроморфологические признаки2
– диаметр и текстура колонии; — цвет мицелия и спороношения; — наличие растворимого пигмента; — цвет экссудата и реверса; — верхний температурный предел роста; — выделение кислотных или щелочных метаболитов на индикаторной среде CREA1	– количество уровней ветвления между ножкой и фиалидами; — размер, форма и текстура конидиогенного аппарата, конидий, клейстотециев, сумок и аскоспор (при наличии)
Молекулярная идентификация
– получение последовательностей ДНК генов для идентификации видов: ITS, BenA; — получение последовательностей ДНК генов для филогении: CaM, RPB2; — поиск сходных нуклеотидных последовательностей через BLAST
Выявление вторичных метаболитов (экстралитов)3
– экстракция метаболитов смесью: этилацетат/дихлорметан/метанол (3 : 2 : 1) (об./об./об.) с 1% (об./об.) муравьиной кислоты; — фильтрация и анализ при помощи ВЭЖХ (Klitgaard et al., 2014); — дополнительно — реакция Эрлиха4 с использованием фильтровальной бумаги

Примечание.¹Состав питательных сред по: Crous et al. (2009).² Признаки выявляют на среде MEA¹; жидкость для приготовления препаратов — 60%-я молочная кислота; конидии отмывают в 70%-м этаноле.³ Используют пять агаровых блоков из каждой среды (CYA¹ и МЕА) на один образец.⁴ Рекомендации по реакции Эрлиха для различения метаболитов по: Lund (1995).

 

Идентификация грибов рода Talaromyces в настоящее время является сложной задачей, требующей изучения множества признаков (табл. 7), во-первых, микро- и макроморфологических, во-вторых, изучение физиологических особенностей, в-третьих, определение спектра вторичных метаболитов с использованием различных методов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), позволяющей получить профили, специфичные для разных видов. Для большинства соединений Talaromyces уже доступны стандарты профилей различных экстралитов (Klitgaard et al., 2014).

Все это в совокупности с молекулярными данными необходимо для того, чтобы надежно установить границы видов или ввести новые таксоны (Yilmaz et al., 2014; Tsang et al., 2018). При этом даже незначительные вариации в составе питательной среды и окружающих условий могут изменить внешний вид организма и привести к неверной идентификации, поскольку морфологические изменения являются одним из способов адаптации к выживанию в окружающей среде. Именно поэтому необходимо использовать стандартизированные методы работы для проведения морфологических и физиологических исследований (Samson et al., 2014; Tsang et al., 2018; Houbraken et al., 2020).

Идентификация видов рода Talaromyces осложняется наличием близкородственных видов, образующих видовые комплексы и имеющих сходные морфологические признаки, и часто не имеющих телеоморфной стадии. Сегодня все больше микологов придерживаются концепции филогенетического распознавания видов с генеалогическим соответствием (GCPSR — genealogical concordance phylogenetic species recognition) для понимания и разделения криптических видов (Taylor et al., 2000). На основе этой концепции исследователи использовали последовательности различных маркерных генов (ITS, β-тубулина, RPB1, RPB2, кальмодулина и др.) для разграничения видов Talaromyces, входящих в ранее выявленные комплексы видов. В табл. 8 приведены описанные в литературе комплексы внутри рода Talaromyces.

 

Таблица 8. Видовые комплексы в роде Talaromyces

Название	Виды	Авторы
T. purpurogenus	T. purpureogenus (Stoll) Samson, N. Yilmaz, Houbraken, Spierenb., Seifert, Peterson, Varga et Frisvad; T. ruber (Stoll) N. Yilmaz, Houbraken, Frisvad et Samson; T. amestolkiae N. Yilmaz, Houbraken, Frisvad et Samson; T. stollii N. Yilmaz, Houbraken, Frisvad et Samson	Yilmaz et al. (2012)
T. wortmanii	T. wortmannii (Klöcker) C.R. Benj.; T. variabilis (Sopp) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert; T. sublevisporus (Yaguchi et Udagawa) Samson, N. Yilmaz et Frisvad	Yilmaz et al. (2016)
T. rugulosus	T. rugulosus (Thom) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert; T. atricola (Thom) S.W. Peterson et Jurjević; T. echinosporus (Nehira) Samson, N. Yilmaz et Frisvad; T. infraolivaceus Visagie, N. Yilmaz et K. Jacobs; T. acaricola Visagie, N. Yilmaz et K. Jacobs	Yilmaz et al. (2016)
T. minioluteus	T. chongqingensis X.C. Wang et W.Y. Zhuang; T. minnesotensis Guevara-Suarez, Cano et Dania García; T. minioluteus (Dierckx) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert; T. calidominioluteus Houbraken et Pyrri; T. africanus Houbraken, Pyrri et Visagie; T. germanicus Houbraken et Pyrri; T. gaditanus (C. Ramírez et A.T. Martínez) Houbraken et Soccio; T. samsonii (Quintan.) Houbraken et Pyrri	Pyrri et al. (2021)
T. pinophilus	T. soli Jurjević et S.W. Peterson; T. tumuli Jurjević et S.W. Peterson; T. malicola Jurjević et S.W. Peterson; T. domesticus Jurjević et S.W. Peterson; T. pratensis Jurjević et S.W. Peterson; T. mae X.Z. Jiang et L. Wang; T. lentulus X.Z. Jiang et L. Wang; T. adpressus A.J. Chen, Frisvad et Samson; T. pinophilus sensu stricto	Peterson, Jurjević (2019)

 

Однако сложности с идентификацией могут возникнуть даже с разными штаммами одного вида. Например, внутривидовая вариативность Talaromyces albobiverticillius (H.M. Hsieh, Y.M. Ju et S.Y. Hsieh) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert была хорошо продемонстрирована как на уровне макроморфологии колонии, так и на уровне последовательностей ДНК, где наблюдались вариации (Frisvad et al., 2013). Возможно, в скором времени этот вид признают комплексным и разделят на самостоятельные виды.

Выбор генов для идентификации и филогении Talaromyces

При текущем внедрении консолидированного распознавания видов, где молекулярные данные получили основную роль, маркерные последовательности ДНК и филогенетический анализ стали “золотым стандартом” для точной идентификации грибов (Tsang et al., 2018). Стоит учитывать, что некоторые из маркеров недостаточно информативны для разделения видов в пределах рода. Так, внутренний транскрибируемый спейсер (ITS — internal transcribed spacer) — общепринятый генетический ДНК-штрихкод для грибов, возможно, слишком консервативен для рода Talaromyces и родственных родов (Schoch et al., 2012). В целом участок ITS можно использовать для идентификации видов Talaromyces, но в нескольких кладах он имеет низкую изменчивость, не позволяя различать некоторые виды (Samson et al., 2011; Yilmaz et al., 2014). Например, T. ruber (Stoll) N. Yilmaz, Houbraken, Frisvad et Samson и T. amestolkiae N. Yilmaz, Houbraken, Frisvad et Samson различаются всего одной парой оснований, поэтому для их идентификации необходимо использовать альтернативные гены (Yilmaz et al., 2012). Более поздние данные демонстрируют наличие внутригеномных вариаций ITS, что может вызвать проблемы при разграничении и идентификации видов, при этом в исследованных геномах Talaromyces pinophilus (Hedgc.) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert, T. funiculosus (Thom) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert, T. rugulosus (Thom) Samson, N. Yilmaz, Frisvad et Seifert такие вариации обнаружены не были (Paloi et al., 2022).

Более вариативный по сравнению с ITS ген β-тубулина BT2, а в частности его фрагмент BenA длиной 400–450 п. о., прост для амплификации, как и участок ITS, но при этом позволяет точно различить известные виды Talaromyces. Поэтому он был предложен в качестве альтернативного (вторичного) идентификационного маркера для этого рода (Yilmaz et al., 2014), и это предложение было поддержано в последующих работах (Visagie et al., 2015). Также была выявлена проблема с амплификацией паралогов гена β-тубулина в секции Islandici с использованием пар праймеров bt2a/bt2b или Bt2f/T22 (Peterson, Jurjević, 2013), что подтвердилось в отдельной работе по изучению Talaromyces из секции Islandici (Yilmaz, Visagie et al., 2016), где для этой секции авторы рекомендовали использовать пару праймеров T10 и Bt2b (Glass, Donaldson, 1995) при температуре отжига 50 или 52^օC для амплификации.

Также имеются данные по анализу последовательностей гена митохондриальной цитохром С оксидазы 1 (СО1) в качестве ДНК-штрихкода для Penicillium subgen. Penicillium и родственных видов, показавшего хорошее таксономическое разрешение на видовом уровне, при этом амплификация и выравнивание CO1 были проще, при этом BenA обеспечивал большее разрешение, чем ITS или CO1 (Seifert et al., 2007).

Ген второй субъединицы РНК-полимеразы II(RPB2), показал хорошее филогенетическое разрешение для видов из отдела Ascomycota (Liu et al., 1999), но его амплификация, а также амплификация участка наибольшей субъединицы РНК-полимеразы II (RPB1) затруднена во всех секциях Talaromyces (Yilmaz et al., 2014a), что усложняет его использование в качестве вторичного идентификационного маркера в отличие от легко амплифицируемого участка BenA (Samson et al., 2014).

Анализ последовательностей гена кальмодулина (CaM) показал хорошую разрешающую способность для рода Talaromyces (Wang, Zhuang, 2007), однако отделить T. amestolkiae от T. ruber по этому участку не удалось (Yilmaz et al., 2012). Амплификация последовательностей кальмодулина часто затруднена в секции Trachyspermi при использовании пар праймеров CMD5/CMD6 и CF1/CF4 (Yilmaz et al., 2014).

Стоит отметить, что при выборе того или иного генетического участка стоит учитывать наличие и количество последовательностей ДНК для сравнения в базах данных (в первую очередь в GenBank). Больше всего последовательностей для рода Talaromyces доступно для участка ITS, который все же недостаточно информативен сам по себе и его желательно использовать вместе с рекомендованным как вторичный маркер участком BenA (Yilmaz et al., 2014), для которого также имеется достаточное количество последовательностей. Участки RPB1, RPB2 и CaM, рекомендованные для построения филогении на уровне рода (Visagie, Houbraken, et al., 2014) и выше, так же хорошо работают и для идентификации видов. Для RPB2 и CaM доступно значительное количество референсных последовательностей, а для участка RPB1 значительно меньше; при этом RPB1 и RPB2 достаточно трудны для амплифкации, в отличие от ITS, BenA и CaM. При разделении семейства Trichocomaceae были использованы участки Tsr1 и Cct8 (Houbraken, Samson, 2011), по которым доступны последовательности и для некоторых видов Talaromyces, вероятно, их тоже можно использовать для идентификации видов, но количество последовательностей доступных для сравнения крайне мало.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Количество видов рода Talaromyces за последнее десятилетие выросло более чем двукратно, достигнув в 2023 г. 198 видов, при этом значительная часть новых видов была описана из стран Азии. За это время произошла смена подходов в работе от морфологического через молекулярный к полифазному, который теперь является “золотым стандартом” для описания новых видов грибов, при этом для видовой идентификации ключевой стала процедура ДНК-штрихкодирования. Однако короткие последовательности ДНК не всегда информативны, и часто идентифицировать виды достаточно сложно. На это есть несколько причин: используемые генетические участки имеют недостаточную разрешающую способность, в общедоступных базах данных для сравнения отсутствуют нужные референсные последовательности, исследуемый вид является частью видового комплекса.

При обширном количестве макроморфологических признаков, очень варьирующих даже в пределах одного вида, наблюдается крайне скудное разнообразие микроморфологических признаков, что также не способствует простой идентификации видов Talaromyces. Выходом из этой ситуации может стать использование полифазного подхода, но соблюдать полные рекомендации, одновременно исследуя морфологические признаки, проводя молекулярную идентификацию и выявляя профиль вторичных метаболитов, — крайне ресурсоемкая задача. Поэтому часто на первое место при идентификации и описании новых видов Talaromyces выходит процедура ДНК-штрихкодирования как наиболее простой и точный метод. Этому способствует и большое количество накопленных последовательностей ДНК в общедоступных базах данных. Для ключевых, достаточно информативных и простых в амплификации генетических участков — универсального ITS и рекомендованного в качестве вторичного маркера BenA — таких последовательностей достаточно много.

Большая часть данных о новых видах сегодня поступает из стран Азии и Северной Америки, при этом по-прежнему остаются “белые пятна” в наших знаниях о разнообразии и распространении представителей рода Talaromyces в других регионах — как умеренного, так и тропического климата. Значительная часть видов Talaromyces известна из почвы, а описание новых видов происходит в последнее время с других, иногда не связанных с ней субстратов, в связи с чем при планировании работы следует учитывать этот факт. Все вышесказанное предполагает наличие высокого потенциала для описания новых видов, особенно на слабоизученных территориях. Таким образом, в будущем можно ожидать дальнейшего увеличения числа видов Talaromyces.

Исследование выполнено в рамках научного проекта государственного задания МГУ № 121032300081-7. Составление базы данных поддержано программой Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2021-1396).

作者简介

Е. Antonov

Lomonosov Moscow State University; Joint Vietnam-Russian Tropical Research and Technological Center; Kurchatov Institute National Research Center

编辑信件的主要联系方式.
Email: AntonovEA@my.msu.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Vietnam, Hanoi; Moscow

A. Aleksandrova

Lomonosov Moscow State University; Joint Vietnam-Russian Tropical Research and Technological Center

Email: alina-alex2011@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Vietnam

I. Antonova

Lomonosov Moscow State University

Email: AntonovEA@my.msu.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

补充文件