The microbiome of the deadly mushroom Amanita phalloides.

Abstract

Microorganisms play crucial roles in the fitness, development, and evolution of eukaryotic organisms. Thus, microbiome studies have been trending in recent years, leading to a better understanding, while highlighting the importance of these complex systems. Fungi, especially ectomycorrhizal (ECM), are dependent on bacteria for multiple important biological processes, and microbiome stability is vital to ensure host function. Fungi-associated microbes remain widely unexplored, normally restricted to the ones related to important gastronomical mushroom species such as truffles. Amanita phalloides is a well-known ECM species, mainly because it is responsible for mushroom intoxications and deaths worldwide. Nevertheless, it engages in important ecological interactions contributing to forest ecosystems health. With the application of sequencing methods complemented with metagenomic data, the prokaryotic communities associated with A. phalloides in three different sites in central Portugal (Mira, Vale de Canas and Agrária) were characterized. Sequencing data revealed clustering by site observed on soil samples (bulk soil and volva adhering soil), indicating different environments and distinct factors driving the microbial community at larger ecological scales. Bulk soil and volva adhering soil (mycosphere) samples were similar within sites, suggesting an influence of the mycelium on the soil prokaryotic communities at the sampled distance between sample types and collected sporocarps. Mira was the site with the lowest microbial diversity, probably due to its low pH, low organic matter content and high salinity, and was the most distinct environment among the three sample sites. Metagenomic data revealed no significant differences between cap tissue samples across three different sites (Mira, Vilarinho and Agrária), providing insights into a core microbiome composed of Candidatus Nitrosocosmicus and members of the genus Methanococcus for domain Archaea, and genera Vibrio and Proteus for domain Bacteria. Even with all the problems encountered during the present study, primarily due to errors by the outsource sequencing facility, the microbial communities associated with A. phalloides were successfully characterized, unveiling for the first time a core archaeal microbiome in Fungi, and their possible role in A. phalloides fitness. Also, for the first-time, bacterial human pathogens taxa were identified in fungal fruitbodies (i.e. Vibrio and Proteus) which integrated the core microbiome of A. phalloides.

Os microrganismos desempenham papéis cruciais na aptidão, desenvolvimento e evolução dos organismos eucarióticos. Assim, os estudos de microbioma têm sido uma tendência nos últimos anos, levando a uma melhor compreensão, ao mesmo tempo em que destacam a importância destes complexos sistemas. Os fungos, especialmente os ectomicorrízicos (ECM), são dependentes das bactérias para vários processos biológicos importantes, e a estabilidade do seu microbioma é vital para garantir a função do hospedeiro. Os micróbios associados a fungos permanecem amplamente inexplorados, normalmente restritos a espécies de cogumelo com interesse gastronómico e económico, como as trufas. A Amanita phalloides é uma espécie ectomicorrízica bem conhecida, principalmente por ser responsável por intoxicações e mortes por ingestão de cogumelos em todo o mundo. No entanto, esta espécie participa em importantes mecanismos ecológicos que contribuem para a saúde dos ecossistemas florestais. Assim, aplicando métodos de sequenciação complementados com dados de metagenoma, foram caracterizadas as comunidades procarióticas associadas ao solo, solo da volva (micosfera) e tecidos de A. phalloides em três locais distintos no centro de Portugal (Mira, Vale de Canas e Agrária). Os dados de sequenciação revelaram agrupamento por local em amostras de solo (solo e solo aderente à volva), indicando diferentes ambientes e fatores distintos que influenciam a comunidade microbiana em diferentes escalas ecológicas. As amostras de solo e solo da volva foram semelhantes dentro dos respetivos locais de amostragem, sugerindo uma influência do micélio nas comunidades procarióticas do solo na distância amostrada entre os tipos de amostra e os corpos frutíferos coletados. Mira foi o local com menor diversidade microbiana, provavelmente devido ao seu baixo pH, baixo teor de matéria orgânica e alta salinidade, correspondendo ao ambiente mais distinto entre os três locais amostrados. Os dados de metagenoma não revelaram diferenças significativas entre as amostras de tecido do chapéu nos três locais diferentes (Mira, Vilarinho e Agrária), fornecendo informações sobre um microbioma “core” composto por Candidatus Nitrosocosmicus e populações de Methanococcus para o domínio Archaea, e pelos géneros Vibrio e Proteus para o domínio Bacteria. Mesmo com todos os problemas encontrados durante o presente estudo, principalmente devido a erros do laboratório de sequenciação, as comunidades microbianas associadas a A. phalloides foram caracterizadas com sucesso, revelando pela primeira vez um microbioma “core” de Archaea em fungos, juntamente com a sua possível função em A. phalloides. Também pela primeira vez, foram descritos taxa bacterianos patogénicos em humanos em corpos frutíferos de fungos (ex.: Vibrio e Proteus) que integravam o microbioma “core” de A. phalloides.