死亡帽蘑菇入侵的成功可能与新记录的毒素基因变异性有关

2015年，这是一个寒冷潮湿的日子，安妮·普林格尔(Anne Pringle)正在北加州森林的林下搜寻过去几年来一直在消耗她研究的不起眼的生物：死亡帽蘑菇或鬼笔鹅膏菌。

这种真菌不是童年卡通怀旧的异想天开的波尔卡点毒菌，而是入侵北美西海岸的致命有毒蘑菇。普林格尔和她的实验室一直在收集标本，试图确定死亡帽是如何侵入这种环境的。

她几乎不知道，八年后，她和威斯康星大学麦迪逊分校和美国农业部农业研究服务局(USDA-ARS)的一组研究人员将第一个记录这个谜团背后的一些复杂性。

在本周发表在《ISME杂志》上的一篇论文中，研究小组发现，个体死亡帽蘑菇似乎有自己独特的毒素基因套件。

“换句话说，并非所有蘑菇都以同样的方式有毒，”威斯康星大学麦迪逊分校植物学教授普林格尔说。

这一发现可以帮助研究人员更好地了解有毒真菌如何成功入侵加利福尼亚，并为新的药物发现途径打开大门。

进化生态学家普林格尔是第一个确定在加利福尼亚发现的死亡帽种群不是科学家以前认为的本地人;相反，臭名昭著的真菌是一种入侵物种。普林格尔想知道蘑菇入侵成功的部分原因是否在于它众所周知的毒素。这意味着她需要更好地了解产生这些毒素的基因。

普林格尔与威斯康星大学麦迪逊分校医学微生物学和免疫学教授南希·凯勒合作;前博士后研究员米尔顿·德罗特;和Sung Chul Park，Keller实验室的现任博士后研究员。

凯勒和她的实验室专注于找出真菌(如致癌黄曲霉)可能是一种强效病原体背后的遗传原因。他们还研究了从致病真菌中分离出的化合物导致新药发现的潜力。

“我们一直在寻找可用于药用的新化合物，”凯勒说。“我们可以利用这些新的纯化代谢物说，'哦，它们会影响有害微生物的生长吗?你只是在测试之前不知道。

对于这项新研究，现在为USDA-ARS工作的Drott依靠他在计算生物学方面的背景来分析在加利福尼亚和欧洲收集的死亡帽蘑菇样本的遗传数据。该团队正在寻求记录支撑其毒性的基因。

研究人员发现的是这些基因的意外多样性。

所有标本共享一组核心基因，无论其来源如何。拥有这些核心基因通常被认为是标本被归类为死亡帽物种一部分的要求，Drott解释说。

但研究人员还发现了一组附属基因。从个体到个体，一些蘑菇具有某些附属基因，而另一些蘑菇则完全缺少这些相同的基因。

这就像湖边烧烤的每个人都有香茅蜡烛来帮助抵御讨厌的虫子。香茅蜡烛就像一个核心基因，散发出一种气味，希望能阻止虫子。现在，如果湖边变成了沼泽边，烧烤爱好者可能不得不调整他们的驱虫策略。

除了香茅蜡烛，有些人可能会带上驱虫喷雾，有些人可能会设置捕蚊器，也许有些人会尝试天然驱虫油。这些额外的驱虫方法就像附属基因一样，烧烤爱好者正在尝试各种方法，看看什么在新的地方最有效。

在蘑菇中，普林格尔认为这些附属基因创造了各种化合物，其中一些可能使它们能够在新的生态系统中茁壮成长，并继续入侵西海岸。

“我们正在记录进化，这是毫无疑问的，”普林格尔说。

但对于研究人员来说，这是一个非常难以测试的问题。

在人类中，很容易追踪基因从父母到后代的遗传性，因为人们通常会得到两组基因，每组来自父母。但在蘑菇中，它要复杂得多。有时单个蘑菇最终会接受几个版本的基因。这使得确定某些毒素基因是否在帮助蘑菇在特定环境中茁壮成长方面发挥作用变得棘手。

“从计算上讲，这很难处理，因为你必须区分哪个来自哪个父代，或者它是否完全是一个独特的序列，”Drott说。“将其分开是我们在这种规模上识别这些毒素的能力向前迈出的重要一步。

死亡帽蘑菇也是菌根，这意味着它们依靠植物根生长。这增加了设计实验的另一层困难，因为在实验室中重现这些条件可能很困难，甚至不可能。

而且，研究人员指出，基因的存在并不总是意味着它们产生的化合物肯定都是毒素。

“当你采摘蘑菇时，这是一个时刻。所以，可能是在那一刻，基因甚至没有被表达，化合物也没有被制造出来，“凯勒说。“我们想象其中一些基因是由于压力而开启的。所以理想情况下，你会想在不同的条件下采样。

研究小组还指出，科学家们还不知道为什么死亡帽蘑菇首先是有毒的：它是为了自卫吗?蘑菇有领土吗?毒素和其他蘑菇化合物在不同的地理位置是否因不同的原因而有所不同?找到这些问题的答案并不简单。

然而，该团队对这些发现和增加真菌入侵生物学研究不足文献的机会感到兴奋。

Drott说，这是科学家第一次证明死亡帽的本地和入侵种群之间存在如此多的差异，以及基因组中存在差异的位置。

“西海岸正在发生一些事情，[蘑菇]正在蔓延，”他说。“每年，人们吃了这些蘑菇就会死去。如果可以的话，我们想阻止这种情况。

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