Comparative genome mining of endophytic Aspergillus species reveals conserved biosynthetic gene clusters across multiple hosts
本研究展示了对分离自伊朗药用植物的内生烟曲霉（*Aspergillus fumigatus*）和土曲霉（*Aspergillus terreus*）进行的首次比较基因组学分析，揭示了高度多样化的保守及物种特异性生物合成基因簇，凸显了其在天然产物发现方面的卓越代谢潜力。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在植物健康的组织深处，在肉眼看不见的地方，居住着一个隐藏的真菌世界。这些不是让水果腐烂的霉菌，也不是点缀在森林地面的蘑菇；它们是内生真菌，是生活在植物内部却不会使其致病的微型居民。几十年来，科学家们一直怀疑这些隐藏的访客是化学工厂，能够产生独特的化合物，帮助植物在干旱中生存或抵御害虫。在这些微型居民中，最多产的包括曲霉属（Aspergillus）的物种，这是一个几乎存在于地球各处的真菌属。虽然某些曲霉属物种已知会导致人类疾病或使食物变质，但另一些则和平地生活在植物内部，研究人员也越来越感兴趣于它们可能掌握的化学秘密。一个重大的问题是：真菌所生活的特定植物是否会改变它制造的化学物质，还是说无论家在哪里，真菌都携带一套标准的化学工具。理解这种关系对于寻找新药至关重要，因为许多救命药物——从抗生素到降低胆固醇的药物——最初都是从真菌中发现的。
在最近的一项研究中，伊朗的研究人员通过观察三种不同药用植物内部的两种特定曲霉属真菌，试图探索这种关系。团队重点研究了烟曲霉（Aspergillus fumigatus）和黄曲霉（Aspergillus terreus），这两个物种以其生产复杂化学物质的能力而闻名。他们从骆驼刺（camel thorn）和蜀葵（hollyhock）的叶子，以及柽柳（salt cedar）的根部采集了样本，这些植物均原产于东阿塞拜疆地区。通过仔细消毒植物表面并在实验室中培养真菌，他们证实了烟曲霉是一种真正的广谱型物种，可以生活在所有三种不同的植物中，且分布于叶片和根部。相比之下，黄曲霉则更具选择性，它仅出现在柽柳的根部和骆驼刺的叶片中，而在蜀葵中完全缺失。这种真菌分布位置的差异表明，烟曲霉具有高度的适应性，而黄曲谱则可能对宿主更为挑剔。
为了理解为什么这些真菌表现得如此不同，研究人员采用了被称为基因组挖掘的技术。他们没有通过在培养皿中生长真菌来观察其产生的化学物质，而是直接观察了这两个物种的遗传蓝图，即基因组。他们使用一种专门的计算机程序扫描 DNA 中的“生物合成基因簇”。这些基因簇就像工厂的装配线一样协同工作，以构建特定的化学化合物。分析显示，这两个真菌的潜力存在显著差异。烟曲霉的基因组包含 44 个此类基因簇，而黄曲霉则拥有高达 73 个。黄曲霉的这一高数值在植物内生真菌中属于最高记录之列，表明它具有创造极其多样化化学化合物的非凡能力。
当研究人员比较这两个物种的基因簇时，发现它们共有 15 个。这些共同的基因簇可能产生用于生存的基本工具，例如铁载体（siderophores），这是一种能帮助真菌从植物环境中获取铁元素（一种通常较为匮乏的营养素）的分子。它们还共有用于合成萜类化合物（terpenes）的基因，这是一种有助于通讯或防御的挥发性化学物质。然而，差异同样重要。烟曲霉拥有制造烟曲霉素（fumagillin，一种已知能阻止血管生长的化合物）和痹毒毒素（gliotoxin，会影响免疫系统的物质）的独特基因簇。另一方面，黄曲霉则携带了制造洛伐他汀（lovastatin，一种著名的降胆固醇药物）以及黄曲酸（terreic acid）的特定遗传指令。研究表明，虽然这两种真菌都拥有在植物内生活的基本工具箱，但它们已经进化出了截然不同的专业化分工，其中黄曲霉似乎比其对应的烟曲霉拥有更大、更多样化的化学车间。
研究人员还指出，黄曲霉在蜀葵中的缺失可能是由于植物自身的化学防御机制导致的，这种机制可能会抑制这种特定的真菌，同时允许适应性更强的烟曲霉茁壮成长。尽管该研究识别出了这些化学物质的遗传潜力，但作者提醒道，拥有这些基因并不保证真菌目前正在制造这些化合物；许多这些“遗传工厂”在没有特定条件触发的情况下仍处于沉默状态。尽管如此，研究结果证实了这些内生真菌是生物多样性的丰富来源。通过绘制来自伊朗药用植物真菌的遗传潜力图谱，这项研究强调了它们作为未来药物研发极具前景的候选对象，为植物及其微型伙伴所共享的庞大、隐藏的化学库提供了一个窥见世界的窗口。
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