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世界上最毒蘑菇是如何煉成的?科研人員揭示鵝膏環(huán)肽毒素合成機(jī)制

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世界上最毒蘑菇是如何煉成的?科研人員揭示鵝膏環(huán)肽毒素合成機(jī)制

2022年05月10日 21:52 來源:中國新聞網(wǎng)參與互動參與互動
世界上最毒蘑菇是如何煉成的?科研人員揭示鵝膏環(huán)肽毒素合成機(jī)制
    圖為鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇中環(huán)肽毒素合成基因分布及代謝途徑進(jìn)化示意圖?!≈锌圃豪ッ髦参镅芯克﹫D

  中新網(wǎng)昆明5月10日電 (記者 胡遠(yuǎn)航)世界上最毒蘑菇——鵝膏是如何煉成的?近日,中國科學(xué)院昆明植物研究所研究人員在鵝膏環(huán)肽毒素合成機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展,不僅發(fā)現(xiàn)了兩個鵝膏環(huán)肽合成新的關(guān)鍵基因,還首次證實鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇之所以都能產(chǎn)生鵝膏環(huán)肽毒素,其根源是基因水平轉(zhuǎn)移。鵝膏是其中的佼佼者,其鵝膏環(huán)肽生源合成途徑產(chǎn)生了眾多創(chuàng)新,產(chǎn)毒能力提升了千萬倍。

  有毒蘑菇對人類健康常常造成威脅,但同時也是重要藥物和功能分子的來源。危害最大的有毒蘑菇當(dāng)屬鵝膏屬的某些真菌,絕大部分的致死中毒案例由這一類蘑菇所致。劇毒鵝膏中的毒素為鵝膏環(huán)肽,但鵝膏環(huán)肽并非僅鵝膏屬真菌獨有,在親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的環(huán)柄菇屬和盔孢傘屬中,也有能產(chǎn)生這類毒素的真菌。

  中國科學(xué)院昆明植物研究所科研人員在研究中發(fā)現(xiàn)了兩個鵝膏環(huán)肽合成新的關(guān)鍵基因(P450-29和FMO1),二者為不同的加氧酶,負(fù)責(zé)在鵝膏環(huán)肽毒素的關(guān)鍵位點(異亮氨酸C-5和脯氨酸C-4等)引入氧原子。若缺少這些氧原子,將導(dǎo)致毒素的活性下降1000倍以上。該結(jié)果將已知毒素合成基因從原來的2個增加到了4個,對鵝膏環(huán)肽生源合成途徑有了更為深入的認(rèn)識。

  此外,科研人員還通過建立目前全球唯一的劇毒鵝膏基因組平臺,構(gòu)建了鵝膏屬、盔孢傘屬和環(huán)柄菇屬中13個劇毒物種的基因組數(shù)據(jù)庫,完整解析了鵝膏環(huán)肽生源合成途徑在蘑菇目中的整體架構(gòu),發(fā)現(xiàn)在蘑菇目三個不同屬中鵝膏環(huán)肽的主要合成基因是相同或相似的,因此鵝膏環(huán)肽生源合成途徑是同宗同源的。系統(tǒng)發(fā)育和遺傳學(xué)研究證據(jù)則表明,鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇之所以都能產(chǎn)生鵝膏環(huán)肽毒素,其根源是基因水平轉(zhuǎn)移。更深入的進(jìn)化分析還表明,基因水平轉(zhuǎn)移發(fā)生的年代久遠(yuǎn)且并非直接發(fā)生在這幾類蘑菇之間,而是由未知古老真菌物種作為供體分別傳遞給了這些蘑菇。

  這一研究首次證實,在蘑菇目中,雖然鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn),但其產(chǎn)生鵝膏環(huán)肽毒素的遺傳學(xué)基礎(chǔ)是一致的,均由相似的基因控制。但令人吃驚的是,在進(jìn)化長河中,上述三大類蘑菇中的毒素合成能力卻發(fā)生了翻天覆地的變化。在木腐生的盔孢傘屬真菌中,僅有1個毒素前體基因且該基因編碼α-鵝膏毒肽;在土壤腐生的環(huán)柄菇屬真菌中,存在MSDIN前體基因家族的輕微擴(kuò)張,有約10種毒素前體基因;在菌根共生的鵝膏屬真菌中,MSDIN前體基因家族存在顯著擴(kuò)張,甚至還產(chǎn)生了新的毒素修飾基因,可將環(huán)肽數(shù)目再擴(kuò)大數(shù)十倍,因此鵝膏的實際產(chǎn)毒能力是盔孢傘和環(huán)柄菇的成千上萬倍。

  簡而言之,雖然鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇都繼承了由供體轉(zhuǎn)移來的毒素基因,但可能受到不同生理和生態(tài)壓力的影響,分道揚鑣,各自朝不同的方向進(jìn)化,最終形成了三種迥異的命運。鵝膏是其中的佼佼者,其鵝膏環(huán)肽生源合成途徑產(chǎn)生了眾多創(chuàng)新,產(chǎn)毒能力提升了千倍萬倍,煉成了當(dāng)之無愧的蘑菇毒王。

  相關(guān)研究成果于近日以Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms為題在國際著名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)的遺傳學(xué)板塊全文發(fā)表。(完)

【編輯:程春雨】

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