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，在親緣關系很遠的環(huán)柄菇屬和盔孢傘屬中，也有能產生這類毒素的真菌。
      中國科學院昆明植物研究所的科研人員在研究中發(fā)現了兩個鵝膏環(huán)肽合成新的關鍵基因（P450-29和FMO1），二者為不同的加氧酶，負責在鵝膏環(huán)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。該結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識。通過建立目前全球唯一的劇毒鵝膏基因組平臺，構建了鵝膏屬、盔孢傘屬和環(huán)柄菇屬中13個劇毒物種的基因組數據庫，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，發(fā)現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。系統發(fā)育和遺傳學研究證據表明鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇之所以都能產生鵝膏環(huán)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(fā)生的年代久遠且并非直接發(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（圖）。
      研究首次證實，在蘑菇目中，雖然鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇間的親緣關系較遠，但其產生鵝膏環(huán)肽毒素的遺傳學基礎是一致的，均由相似的基因控制。但令人吃驚的是，在進化長河中，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(huán)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(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化，最終形成了三種迥異的命運（圖）。鵝膏是其中的佼佼者，其鵝膏環(huán)肽生源合成途徑產生了眾多創(chuàng)新，產毒能力提升了千倍萬倍，煉成了當之無愧的蘑菇毒王！
      近日，相關研究成果以Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms為題，發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金面上項目的支持。法國農業(yè)科學院科研人員參與研究。

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化示意圖。

文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201113119