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Aug 16, 2023

죽음의 모자 버섯 Amanita phalloides와 Agaricales의 범유전체학은 침입 범위에서 독소 유전자의 역동적인 진화를 보여줍니다.

ISME 저널 17권, 페이지 1236–1246(2023)이 기사 인용 1709 액세스 1 인용 인용 46 Altmetric Metrics 세부 정보 유독한 유럽 버섯 Amanita phalloides("죽음의 모자")는 다음과 같습니다.

ISME 저널 17권, 페이지 1236–1246(2023)이 기사 인용

1709 액세스

1 인용

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측정항목 세부정보

유럽의 유독한 버섯인 Amanita phalloides("죽음의 모자")가 캘리포니아에 침입하고 있습니다. 데쓰캡의 독성 2차 대사산물이 침입하면서 진화하는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 우리는 독성을 뒷받침하는 MSDIN 유전자를 식별하기 위한 생물정보학 파이프라인을 개발했으며 침입성 캘리포니아 인구와 유럽 범위에서 88개의 데스 캡 게놈을 조사하여 이전에는 의심할 수 없었던 핵심 요소와 보조 요소로 구성된 MSDIN의 다양성을 발견했습니다. 각 데스 캡 개인은 고유한 MSDIN 제품군을 보유하고 있으며 독소 유전자는 캘리포니아와 유럽 샘플 간에 크게 구별됩니다. MSDIN 유전자는 강력한 자연 선택에 의해 유지되며, 화학적 프로파일링을 통해 MSDIN 유전자가 발현되어 뚜렷한 표현형이 생성된다는 사실이 확인되었습니다. 우리의 화학적 프로파일링을 통해 새로운 MSDIN 펩타이드도 확인되었습니다. 독소 유전자는 게놈 내에 물리적으로 클러스터되어 있습니다. 우리는 Agaricales 목 전체의 게놈에서 MSDIN을 조사하여 우리의 발견을 맥락화하고 MSDIN 다양성이 속 간의 독립적인 유전자군 확장에서 비롯되었음을 밝힙니다. 우리는 또한 "치명적인 Amanitas" 계통군 외부의 Amanita에서 MSDIN이 발견되었음을 보고합니다. 마지막으로 Clavaria fumosa에서 MSDIN 유전자 및 관련 처리 유전자(POPB)가 확인된 것은 MSDIN의 기원이 이전에 의심했던 것보다 오래되었음을 시사합니다. MSDIN의 역동적인 진화는 MSDIN이 현재 진행 중인 침입에 연루되어 생태학적 상호 작용을 중재할 수 있는 잠재력을 강조합니다. 우리의 데이터는 수렴적으로 진화한 동물 독소와의 놀라운 유사점을 강조하면서 독버섯의 진화 역사에 대한 이해를 변화시켰습니다. 우리의 파이프라인은 다른 담자균류의 2차 대사산물을 탐색하기 위한 로드맵을 제공하고 약물 탐사를 가능하게 할 것입니다.

방대한 과학 문헌은 새로운 환경에 도입된 유기체의 성공을 가능하게 하는 생태학적 및 진화적 메커니즘을 특징으로 합니다[1, 2]. 생물학적 침입으로 인한 생태적, 경제적 피해를 완화하기 위한 연구가 진행되었습니다[3]. 그러나 침입 생물학은 주로 식물[4]과 동물[5] 종에 초점을 맞췄습니다. Gladieuxet al. [6]은 곰팡이 침입이 식물이나 동물 침입보다 더 흔할 수 있다고 추측하며, 이는 곰팡이 방해 연구의 눈에 띄지 않는 특성을 암시합니다. 한편, 침입성 곰팡이는 숲을 황폐화시켰고[7], 여러 양서류와 박쥐를 거의 멸종시켰으며[8, 9], 인간에게 질병을 일으켰습니다[10]. 그러나 새로운 환경에서 침입성 비병원성(상호공생 및 분해자) 곰팡이의 성공을 가능하게 하는 특성에 대해서는 상대적으로 알려진 바가 거의 없습니다.

1차 대사산물과 구별되는 곰팡이 2차 대사산물(SM)은 생태학적 상호작용을 매개하는 것으로 보입니다[11]. SM은 많은 곰팡이에서 흔하며 경쟁을 중재하고 [12,13,14], 숙주 범위에 영향을 미치고 [15, 16], 환경 스트레스 요인으로부터 보호함으로써 종의 틈새를 형성합니다 [17,18,19]. 최근까지 SM 프로필은 종 내에서 상대적으로 거의 또는 전혀 변화가 없는 종을 정의하는 것으로 생각되었지만, 새로운 데이터에 따르면 지역적 적응은 종내 SM 다양성의 개체군별 패턴으로 나타날 수 있음을 시사합니다 [20]. 개체군별 SM은 종의 지리적 범위에 영향을 미치고 대진화 추론에 정보를 제공합니다 [20]. 곰팡이 SM에 대한 대부분의 연구는 자낭균을 대상으로 합니다. 버섯은 화학, 특히 환각과 중독을 일으키는 능력으로 악명 높지만, 복잡한 생활사, 유전학, 담자균 조작에 따른 기술적 과제로 인해 버섯 SM 다양성을 분류하는 도구 개발과 진화 역사에 대한 제한된 설명이 불가능했습니다.

"죽음의 모자" Amanita phalloides (Vaill. ex Fr.) Link는 유럽이 원산지이며 북미, 특히 캘리포니아를 포함한 다른 곳으로 도입된 악명 높고 독성이 있는 외생균근 담자균입니다 [21, 22]. 외생균근균은 식물 종 간의 경쟁적 역학을 변화시키고[23], 토양 군집 구조를 변경하고[24], 금속 항상성을 촉진하고[25], 영양분 순환에 영향을 미칠 수 있습니다[26]. 캘리포니아에서 데스캡 범위 확장의 잠재적인 생태학적 결과는 아직 알려지지 않았지만, 그 풍부함[27]과 버섯과 관련된 종종 치명적인 중독[28]으로 인해 많은 저자들은 이를 침입성으로 식별하게 되었습니다[29]. 비토착 외생균근균의 확산과 성공에 기여하는 요인은 1차 천이 모델을 기반으로 확인되었지만 [30] 토종 생물 다양성과의 경쟁적 또는 방어적 상호 작용이 확산을 촉진하는지 여부는 아직 조사되지 않은 상태입니다. 종간 상호작용은 종종 SM에 의해 중재됩니다. 식물에서 SM은 종의 침입 범위에서 특히 뚜렷한 효과를 가질 수 있으며, "순진한" 토착 유기체와 경쟁할 때 "새로운 무기"를 제공할 수 있습니다[31, 32]. A. phalloides의 다양한 개체군이 무기를 사용하거나 악용하는지 여부는 알려져 있지 않습니다.