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，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（圖）。
      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)柄菇的成千上萬倍！
      簡而言之，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倍，煉成了當(dāng)之無愧的蘑菇毒王！
      近日，相關(guān)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(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）和國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的支持。法國農(nóng)業(yè)科學(xué)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(jìn)化示意圖。

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