Новости

Aug 16, 2023

Пангеномика смертного гриба Amanita phalloides и Agaricales выявила динамическую эволюцию генов токсинов в инвазивном диапазоне.

The ISME Journal, том 17, страницы 1236–1246 (2023) Цитировать эту статью 1709 Доступов 1 Цитирований 46 Подробности об альтметрических метриках Ядовитый европейский гриб Amanita phalloides («смертная шапка»)

Журнал ISME, том 17, страницы 1236–1246 (2023 г.) Процитировать эту статью

1709 Доступов

1 Цитаты

46 Альтметрика

Подробности о метриках

Ядовитый европейский гриб Amanita phalloides («смертная шапка») вторгается в Калифорнию. Неизвестно, развиваются ли токсичные вторичные метаболиты смертных шапок по мере их вторжения. Мы разработали биоинформатический конвейер для идентификации генов MSDIN, лежащих в основе токсичности, и исследовали 88 геномов смертников из инвазивной калифорнийской популяции и из европейского ареала, обнаружив ранее неподозреваемое разнообразие MSDIN, состоящее как из основных, так и из дополнительных элементов. Каждый смертный индивидуум обладает уникальным набором MSDIN, а гены токсинов значительно различаются между калифорнийскими и европейскими образцами. Гены MSDIN поддерживаются сильным естественным отбором, а химическое профилирование подтверждает, что гены MSDIN экспрессируются и приводят к различным фенотипам; Наше химическое профилирование также выявило новый пептид MSDIN. Гены токсинов физически сгруппированы внутри геномов. Мы контекстуализируем наши открытия, исследуя MSDIN в геномах отряда Agaricales, обнаруживая, что разнообразие MSDIN возникло в результате независимого расширения семейства генов среди родов. Мы также сообщаем об открытии MSDIN у мухоморов, не принадлежащих к «летальной кладе мухоморов». Наконец, идентификация гена MSDIN и связанного с ним гена процессинга (POPB) у Clavaria fumosa предполагает, что происхождение MSDIN более древнее, чем предполагалось ранее. Динамичная эволюция MSDIN подчеркивает их потенциал выступать посредником в экологических взаимодействиях, вовлекая MSDIN в продолжающееся вторжение. Наши данные меняют понимание истории эволюции ядовитых грибов, подчеркивая поразительные параллели с конвергентно возникшими токсинами животных. Наш проект представляет собой дорожную карту для изучения вторичных метаболитов других базидиомицетов и позволит осуществлять поиск лекарств.

Огромная научная литература характеризует экологические и эволюционные механизмы, обеспечивающие успех организмов в новых средах обитания [1, 2]. Исследования использовались для смягчения экологического и экономического ущерба, причиненного биологическими инвазиями [3]. Однако биология инвазий сосредоточилась в первую очередь на видах растений [4] и животных [5]. Гладье и др. [6] предполагают, что грибковые инвазии могут быть более распространенными, чем инвазии растений или животных, предполагая, что незаметный характер грибков препятствует исследованиям. Между тем, инвазивные грибы опустошили леса [7], привели к исчезновению нескольких земноводных и летучих мышей [8, 9] и стали причиной заболеваний человека [10]. Но относительно мало известно о свойствах, обеспечивающих успех инвазивных непатогенных (мутуалистических и разлагающих) грибов в новых средах.

Вторичные метаболиты грибов (ВМ), в отличие от первичных метаболитов, по-видимому, опосредуют экологические взаимодействия [11]. СМ распространены у многих грибов и формируют ниши видов, опосредуя конкуренцию [12,13,14], влияя на круг хозяев [15, 16] и защищая от стрессоров окружающей среды [17,18,19]. До недавнего времени считалось, что профили SM определяют виды с относительно небольшими вариациями внутри вида или вообще без них, но новые данные позволяют предположить, что локальные адаптации могут проявляться в популяционно-специфичных моделях внутривидового разнообразия SM [20]. Специфические для популяции SM влияют на географические ареалы видов и служат основой для макроэволюционных выводов [20]. Большинство исследований грибковых СМ нацелены на аскомицеты. Хотя грибы печально известны своим химическим составом, особенно способностью вызывать галлюцинации и отравления, сложная история жизни, генетика и технические проблемы манипулирования базидиомицетами препятствовали разработке инструментов для каталогизации разнообразия грибных SM и ограниченному описанию их эволюционной истории.

«Смертельный колпак» Amanita phalloides (Vaill. ex Fr.) Link — печально известный ядовитый эктомикоризный базидиомицет, произрастающий в Европе и интродуцированный в других местах, в том числе в Северную Америку и, в частности, в Калифорнию [21, 22]. Эктомикоризные грибы могут изменять конкурентную динамику между видами растений [23], изменять структуру почвенного сообщества [24], облегчать гомеостаз металлов [25] и влиять на круговорот питательных веществ [26]. Потенциальные экологические последствия расширения ареала смертоносной шапки в Калифорнии остаются неизвестными, но ее численность [27] и часто смертельные отравления, связанные с ее грибом [28], заставляют многих авторов идентифицировать ее как инвазивную [29]. Факторы, способствующие распространению и успеху неместных эктомикоризных грибов, были идентифицированы на основе моделей первичной сукцессии [30], но способствуют ли распространению конкурентные или защитные взаимодействия с местным биоразнообразием, остается неисследованным. Межвидовые взаимодействия часто опосредуются СМ; у растений СМ могут оказывать особенно выраженное воздействие в инвазионном ареале вида, предлагая «новое оружие» в борьбе с «наивными» аборигенными организмами [31, 32]. Неизвестно, используют ли разные популяции A. phalloides оружие.