新研究揭示“最毒蘑菇”鵝膏環肽毒素合成機制

　　含有鵝膏環肽毒素的劇毒鵝膏屬真菌，被稱為“世界最毒蘑菇”。近日，中國科學院昆明植物研究所的科研人員在毒蘑菇鵝膏環肽毒素合成機制方面取得最新研究進展，他們發現了兩個鵝膏環肽合成新的關鍵基因P450-29和FMO1，將已知毒素合成基因從原來的2個增加到了4個，對鵝膏環肽生源合成途徑有了更為深入的認識。相關研究成果近日發表在美國《國家科學院院刊》遺傳學板塊。

　　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。劇毒鵝膏中的毒素為鵝膏環肽，但鵝膏環肽并非僅鵝膏屬真菌獨有，在親緣關系很遠的環柄菇屬和盔孢傘屬中，也有能產生這類毒素的真菌。

　　據論文第一作者、中科院昆明植物研究所副研究員羅宏介紹，這次發現的關鍵基因為不同的加氧酶，負責在鵝膏環肽毒素的關鍵位點異亮氨酸C-5和脯氨酸C-4等引入氧原子。若缺少這些氧原子，將導致毒素的活性下降1000倍以上。

　　羅宏表示，通過建立目前全球唯一的劇毒鵝膏基因組平臺，研究人員構建了鵝膏屬、盔孢傘屬和環柄菇屬中13個劇毒物種的基因組數據庫，完整解析了鵝膏環肽生源合成途徑在蘑菇目中的整體架構。他們發現在蘑菇目三個不同屬中，鵝膏環肽的主要合成基因是相同或相似的，因此鵝膏環肽生源合成途徑是同宗同源的。此外，系統發育和遺傳學研究證據表明鵝膏、盔孢傘、環柄菇之所以都能產生鵝膏環肽毒素，其根源是基因水平轉移。更深入的進化分析表明，基因水平轉移發生的年代久遠且并非直接發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。

　　“但令人吃驚的是，在進化長河中，鵝膏、盔孢傘、環柄菇三大類蘑菇中的毒素合成能力發生了翻天覆地的變化。”羅宏說。

　　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；在土壤腐生的環柄菇屬真菌中，存在MSDIN前體基因家族的輕微擴張，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張，甚至還產生了新的毒素修飾基因，可將環肽數目再擴大數十倍，因此鵝膏的實際產毒能力是盔孢傘和環柄菇的成千上萬倍。

　　羅宏說：“雖然鵝膏、盔孢傘、環柄菇都繼承了由供體轉移來的毒素基因，但可能受到不同生理和生態壓力的影響，各自朝不同的方向進化，最終形成了三種迥異的命運。鵝膏是其中的佼佼者，其鵝膏環肽生源合成途徑產生了眾多創新，產毒能力提升了千倍萬倍。”