探索促进嗜热真菌适应温度变化的分子机制

嗜热真菌是各种天然和人造堆肥系统中菌群的主要组成部分，包括腐烂的干草、储存的谷物、木覆盖物、鸟类和动物的筑巢材料、城市垃圾和自热积累的有机物。嗜热真菌也是天然产物的潜在来源，它补充了嗜温真菌和细菌的代谢物库。

云南大学云南生物资源保护与利用国家重点实验室牛雪梅教授领导的研究团队自2007年以来一直致力于嗜热真菌次生代谢产物及其生物活性和天然功能的发现。

2010年初，该团队报告称，一种主要的嗜热真菌杜邦嗜热丝孢菌(Thermomycesdupontii)产生了一类新的异戊二烯化吲哚生物碱(PIA)，具有一种关键的假定多功能前体的惊人结构特征，长期以来，这种前体被提议用于众所周知的复杂PIA。嗜温真菌。

在《真菌学》杂志上发表的最新研究中，研究小组试图确定杜邦菌产生此类PIA的原因。他们瞄准了负责PIAs的基因簇中的两个P450基因，因为P450可以修饰和转化次生代谢物，产生多样且复杂的代谢物。

此外，迄今为止，人们对P450基因的生态重要性仍知之甚少。出乎意料的是，生物信息学分析表明，其中一个P450基因是一种独特的融合基因P450L，其编码的两个功能域分别由其他真菌中的两个独立基因分别编码。

他们建立了嗜热CRISPR/Cas9系统，并在两个P450基因中构建了两个突变缺陷。研究小组进行了代谢分析和详细的化学研究，发现两个P450基因具有多种功能，可形成简单的PIA衍生铁螯合剂、将简单的PIA增强为复杂的PIA，并产生有效的铁螯合剂。令人惊讶的是，他们观察到融合基因P450L在源自新的复杂PIA的更复杂铁螯合剂的形成中具有额外的作用。

研究人员还评估了突变体中的铁水平，发现P450介导的代谢物修饰涉及提高Fe2+水平但减弱Fe3+水平，从而导致嗜热突变体中Fe2+/Fe3+的比例较高。冷胁迫下的真菌，其调节菌丝体中的线粒体含量和脂质形成，并有助于形成强壮且粗壮的分生孢子梗，从而促进嗜热真菌分生孢子在冷胁迫下的存活。

温度作为环境中基本的、限制性的物理因素之一，对于地球表面生物的生存和分布起着非常重要甚至是决定性的作用。随着全球极端气候变化的加剧，适应和应对温度变化的研究越来越受到关注。

这项研究的结果可能解释了为什么基因组大幅减少的嗜热真菌物种能够在温度通常低于其生长温度的生物圈中生存。他们认为真菌不需要许多不同代谢物家族的生物合成核心基因，P450介导的结构修饰可以满足真菌低温耐受性和生存能力的需要。

牛教授说：“这项研究将鼓励研究结构多样性的科学家发现修饰基因的自然功能，并揭示化学多样性所具有的所有未知的分子秘密。”