Comparative genome mining of endophytic Aspergillus species reveals conserved biosynthetic gene clusters across multiple hosts
本研究は、イランの薬用植物から分離された内生菌である*Aspergillus fumigatus*および*Aspergillus terreus*に関する初の比較ゲノム解析を提示するものであり、保存された、あるいは種特異的な生合成遺伝子クラスターの高い多様性を明らかにしており、天然物探索におけるそれらの卓越した代謝能を強調している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
植物の健全な組織の奥深く、肉眼では見えない場所に、菌類の隠された世界が存在しています。これらは果物を腐らせるカビや、森の地面に点在するキノコではありません。これらはエンドファイト（内生菌）と呼ばれる、植物を病気にすることなくその内部に生息する微細な住人です。何十年もの間、科学者たちは、これらの隠れたゲストが化学工場であり、植物が干ばつを生き延ейたり害虫を退けたりするのを助ける独自の化合物を作り出しているのではないかと疑ってきました。これら微細な住人の中で最も多作なものの一つに、地球上のいたるところに存在するアスペルギルス属（Aspergillus）の一種があります。アスペルギルスの中には、ヒトに疾患を引き起こしたり食品を腐敗させたりすることが知られている種もありますが、中には植物の中で平和に共生しているものもあり、研究者たちは彼らがどのような化学的な秘密を握っているのかにますます関心を寄せています。大きな疑問は、菌類が住む特定の植物によって作る化学物質が変化するのか、それとも菌類は住処に関わらず標準的な一連の化学的ツールを持ち運ぶのかという点です。この関係を理解することは、抗生物質からコレステロールを下げる治療薬に至るまで、多くの救命薬がもともと菌類から発見されていることから、新しい薬を見つける上で極めて重要です。
最近の研究において、イランの研究者たちは、3種類の異なる薬用植物の中に存在する2つの特定のアスペルギルス属の菌類を調査することで、この関係を探求しようと試みました。チームは、複雑な化学物質を生成する能力で知られる2つの種、アスペルギルス・フミガタス（Aspergillus fumigatus）とアスペルギルス・テレアス（Aspergillus terreus）に焦点を当てました。彼らは、東アゼルバイジャン地方に自生するキャメルソーン（ハマビシ）とホリホック（キンギョソウ）の葉、およびソルトシダー（塩生植物の一種）の根からサンプルを採取しました。植物の表面を注意深く滅菌し、ラボで菌類を培養することで、彼らはアスペルギルス・フミガタスが、3種類すべての植物の葉と根の両方に生息している真のジェネラリストであることを確認しました。対照的に、アスペルギルス・テレアスはより選択的であり、ソルトシダーの根とキャメルソーンの葉にのみ現れ、ホリホックからは完全に消失していました。この菌類が見つかる場所の違いは、アスペルギルス・フミガタスが高度に適応している一方で、アスペルギルス・テレアスは宿主に対してより好みにうるさい可能性があることを示唆していました。
なぜこれらの菌類が異なる挙動を示すのかを理解するために、研究者たちはゲノムマイニングと呼ばれる手法を用いました。菌類を培地で育ててどのような化学物質を作るかを見る代わりに、彼らの遺伝的な設計図、すなわちゲノムを直接観察したのです。彼らは、特定の化合物を作り上げるための工場の組立ラインのように機能する遺伝子のグループである「生合成遺伝子クラスター」をDNAの中からスキャンするために、特殊なコンピュータプログラムを使用しました。解析の結果、これら2つの菌類の潜在能力における顕著な違いが明らかになりました。アスペルギルス・フミガタスのゲノムには44のこれら遺伝子クラスターが含まれていましたが、アスペルギルス・テレアスは73という膨大な数を保有していました。植物内に生息する菌類として記録された中で、アスペルギルス・テレアスのこの高い数値は、非常に多様な化学物質を作り出す並外れた能力を持っていることを示唆しています。
研究者がこれら2種の遺伝子クラスターを比較したところ、両者の間で15個のクラスターが共有されていることがわかりました。これらの共通するクラスターは、おそらく生存に不可徴的なツール、例えば、植物環境から鉄を捕らえるのに役立つ分子であるシデロフォアのようなものを生成します。また、コミュニケーションや防御に役立つ揮発性化学物質であるテルペンを作るための遺伝子も共有していました。しかし、相違点も同様に重要でした。アスペルギルス・フミガタスは、血管の成長を阻止することで知られるフマガジリンや、免疫系に影響を与えるグリオトキシンを作るためのユニークな遺伝子クラスターを持っていました。一方、アスペルギルス・テレアスは、コレステロールを下げるために使用される有名な薬であるロバスタチンや、テレイク酸を作るための特定の遺伝的指示を保持していました。この研究は、両方の菌類が植物内で生きるための基本的なツールキットを共有している一方で、それぞれが異なる特化を進化させてきたことを示しており、アスペルギルス・テレアスは、その対となる種よりもはるかに大きく多様な化学的なワークショップを持っているように見受けられました。
研究者たちはまた、アスペルギルス・テレアスがホリホックの中に存在しないのは、植物自身の化学的防御によるものであり、それがこの特定の菌類を抑制する一方で、より適応力の高いアスペルギルス・フミガタスの繁栄を許している可能性があると指摘しました。研究はこれらの化学物質の遺伝的可能性を特定しましたが、著者らは、遺伝子を持っていることが必ずしもその菌類が現在その化合物を作っていることを保証するわけではないと警告しています。これら多くの遺伝的な工場は、特定の条件下でトリガーされない限り、沈黙したままなのです。それにもかかわらず、今回の知見は、これらエンドファイト（内生菌）が生物学的多様性の豊かな源であることを裏付けています。イランの薬用植物由来の菌類の遺伝的可能性をマッピングすることで、本研究は、植物とその微細なパートナーが共有する広大で隠された化学ライブラリを垣間見せ、将来の創薬に向けた有望な候補であることを強調しています。
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