有毒蘑菇對(duì)人類健康常常造成威脅，但同時(shí)也是重要藥物和功能分子的來(lái)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(dú)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(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的科研人員在研究中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)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(diǎn)（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(lái)的2個(gè)增加到了4個(gè)，對(duì)鵝膏環(huán)肽生源合成途徑有了更為深入的認(rèn)識(shí)。通過建立目前全球唯一的劇毒鵝膏基因組平臺(tái)，構(gòu)建了鵝膏屬、盔孢傘屬和環(huán)柄菇屬中13個(gè)劇毒物種的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，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(gè)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)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。
研究首次證實(shí)，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(zhǎng)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(gè)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(shí)際產(chǎn)毒能力是盔孢傘和環(huán)柄菇的成千上萬(wàn)倍！
簡(jiǎn)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(lái)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(yáng)鑣，各自朝不同的方向進(jìn)化，最終形成了三種迥異的命運(yùn)（圖）。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(wàn)倍，煉成了當(dāng)之無(wú)愧的蘑菇毒王！
以上研究成果近日以Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms為題在國(guó)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。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所羅宏副研究員為該論文的第一作者和共同通訊作者，呂李云嬌博士研究生為共同第二作者，法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院Francis M. Martin院士為論文的共同通訊作者。該研究得到中國(guó)科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)（XDB31000000）和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31972477、31772377）的經(jīng)費(fèi)支持。
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