有毒蘑菇對人類健康常常造成威脅，但同時也是重要藥物和功能分子的來源。危害最大的有毒蘑菇當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肽，但鵝膏環肽并非僅鵝膏屬真菌獨有，在親緣關系很遠的環柄菇屬和盔孢傘屬中，也有能產生這類毒素的真菌。
      中國科學院昆明植物研究所的科研人員在研究中發現了兩個鵝膏環肽合成新的關鍵基因（P450-29和FMO1），二者為不同的加氧酶，負責在鵝膏環肽毒素的關鍵位點（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，將導致毒素的活性下降1000倍以上。該結果將已知毒素合成基因從原來的2個增加到了4個，對鵝膏環肽生源合成途徑有了更為深入的認識。通過建立目前全球唯一的劇毒鵝膏基因組平臺，構建了鵝膏屬、盔孢傘屬和環柄菇屬中13個劇毒物種的基因組數據庫，完整解析了鵝膏環肽生源合成途徑在蘑菇目中的整體架構，發現在蘑菇目三個不同屬中，鵝膏環肽的主要合成基因是相同或相似的，因此鵝膏環肽生源合成途徑是同宗同源的。系統發育和遺傳學研究證據表明鵝膏、盔孢傘、環柄菇之所以都能產生鵝膏環肽毒素，其根源是基因水平轉移。更深入的進化分析表明，基因水平轉移發生的年代久遠且并非直接發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，在蘑菇目中，雖然鵝膏、盔孢傘、環柄菇間的親緣關系較遠，但其產生鵝膏環肽毒素的遺傳學基礎是一致的，均由相似的基因控制。但令人吃驚的是，在進化長河中，上述三大類蘑菇中的毒素合成能力卻發生了翻天覆地的變化。在木腐生的盔孢傘屬真菌中，僅有1個毒素前體基因且該基因編碼α-鵝膏毒肽；在土壤腐生的環柄菇屬真菌中，存在MSDIN前體基因家族的輕微擴張，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張，甚至還產生了新的毒素修飾基因，可將環肽數目再擴大數十倍，因此鵝膏的實際產毒能力是盔孢傘和環柄菇的成千上萬倍！
      簡而言之，雖然鵝膏、盔孢傘、環柄菇都繼承了由供體轉移來的毒素基因，但可能受到不同生理和生態壓力的影響，分道揚鑣，各自朝不同的方向進化，最終形成了三種迥異的命運（圖）。鵝膏是其中的佼佼者，其鵝膏環肽生源合成途徑產生了眾多創新，產毒能力提升了千倍萬倍，煉成了當之無愧的蘑菇毒王！
      近日，相關研究成果以Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms為題，發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金面上項目的支持。法國農業科學院科研人員參與研究。

鵝膏、盔孢傘、環柄菇中環肽毒素合成基因分布及代謝途徑進化示意圖。

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