有毒蘑菇對人類健康造成威脅，卻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，大部分致死中毒案例是這一類蘑菇所致。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(chǎn)生這類毒素的真菌。

 

　　中國科學院昆明植物研究所發(fā)現(xiàn)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。該研究將已知毒素合成基因從原來的2個增加到4個，對鵝膏環(huán)肽生源合成途徑有了更深入的認識。研究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(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，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)育和遺傳學研究證據(jù)表明，鵝膏、盔孢傘、環(huán)柄菇之所以均能產(chǎn)生鵝膏環(huán)肽毒素，其根源是基因水平轉移。進一步的進化分析表明，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這些蘑菇。

 

　　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(chǎn)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。然而，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，甚至產(chǎn)生了新的毒素修飾基因，可將環(huán)肽數(shù)目再擴大數(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。

 

　　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)壓力的影響而分道揚鑣，各自朝不同的方向進化，最終形成了三種迥異的命運（如圖）。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倍，煉成了蘑菇毒王。

 

　　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(nóng)業(yè)科學院科研人員參與研究。