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新研究揭示“最毒蘑菇”鹅膏环肽毒素合成机制

  新研究揭示“最毒蘑菇”鹅膏环肽毒素合成机制。 含有鹅膏环肽毒素的剧毒鹅膏属真菌,被称为世界最毒蘑菇。近日,中国科学院昆明植物研究所的科研人员在毒蘑菇鹅膏环肽毒素合成机制方面取得最新研究进展,他们发现了两个鹅膏环肽合成新的关键基因P450-29和FMO1,将已知毒素合成基因从原来的2个增加到了4个,对鹅膏环肽生源合成途径有了更为深入的认识。相关研究成果近日发表在美国《国家科学院院刊》遗传学板块。

   有毒蘑菇对人类健康常常造成威胁,但同时也是重要药物和功能分子的来源。剧毒鹅膏中的毒素为鹅膏环肽,但鹅膏环肽并非仅鹅膏属真菌独有,在亲缘关系很远的环柄菇属和盔孢伞属中,也有能产生这类毒素的真菌。

   据论文第一作者、中科院昆明植物研究所副研究员罗宏介绍,这次发现的关键基因为不同的加氧酶,负责在鹅膏环肽毒素的关键位点异亮氨酸C-5和脯氨酸C-4等引入氧原子。若缺少这些氧原子,将导致毒素的活性下降1000倍以上。

   罗宏表示,通过建立目前全球唯一的剧毒鹅膏基因组平台,研究人员构建了鹅膏属、盔孢伞属和环柄菇属中13个剧毒物种的基因组数据库,完整解析了鹅膏环肽生源合成途径在蘑菇目中的整体架构。他们发现在蘑菇目三个不同属中,鹅膏环肽的主要合成基因是相同或相似的,因此鹅膏环肽生源合成途径是同宗同源的。此外,系统发育和遗传学研究证据表明鹅膏、盔孢伞、环柄菇之所以都能产生鹅膏环肽毒素,其根源是基因水平转移。更深入的进化分析表明,基因水平转移发生的年代久远且并非直接发生在这几类蘑菇之间,而是由未知古老真菌物种作为供体分别传递给了这些蘑菇。

   但令人吃惊的是,在进化长河中,鹅膏、盔孢伞、环柄菇三大类蘑菇中的毒素合成能力发生了翻天覆地的变化。罗宏说。

   在木腐生的盔孢伞属真菌中,仅有1个毒素前体基因且该基因编码α-鹅膏毒肽;在土壤腐生的环柄菇属真菌中,存在MSDIN前体基因家族的轻微扩张,有约10种毒素前体基因;在菌根共生的鹅膏属真菌中,MSDIN前体基因家族存在显著扩张,甚至还产生了新的毒素修饰基因,可将环肽数目再扩大数十倍,因此鹅膏的实际产毒能力是盔孢伞和环柄菇的成千上万倍。

   罗宏说:虽然鹅膏、盔孢伞、环柄菇都继承了由供体转移来的毒素基因,但可能受到不同生理和生态压力的影响,各自朝不同的方向进化,最终形成了三种迥异的命运。鹅膏是其中的佼佼者,其鹅膏环肽生源合成途径产生了众多创新,产毒能力提升了千倍万倍。(来源:中国科学报 高雅丽)

  

相关论文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2201113119

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作者:罗宏等 来源:《国家科学院院刊》

分类标签:科学进展  

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