Termofila svampar är huvudkomponenter i mykofloran i en mängd olika naturliga och konstgjorda komposteringssystem, inklusive ruttnande hö, lagrade spannmål, kompostmaterial, häckmaterial från fåglar och djur, kommunalt avfall och självuppvärmande ackumulerat organiskt material. Termofila svampar är också en potentiell källa till naturliga produkter, som kompletterar metabolitbiblioteken av mesofila svampar och bakterier.
Forskargruppen ledd av prof. Xuemei Niu (State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources in Yunnan, Yunnan University) har arbetat med upptäckten av sekundära metaboliter i termofila svampar och deras biologiska aktiviteter och naturliga funktioner sedan 2007.
I början av 2010 rapporterade teamet att en dominerande termofil svamp Thermomyces dupontii producerade en ny klass av prenylerade indolalkaloider (PIA), som bär de slående strukturella egenskaperna hos en viktig förmodad mångsidig prekursor som länge har föreslagits för de välkända komplexa PIAs i mesofila svampar.
I deras senaste studie publicerad i tidskriften Mycology , försökte teamet avgöra varför T. dupontii producerade en sådan klass av PIA. De syftade till två P450-gener i genklustret som ansvarar för PIA, eftersom P450 kan modifiera och transformera sekundära metaboliter för att generera olika och komplexa metaboliter.
Dessutom är den ekologiska betydelsen av P450-gener fortfarande dåligt känd. Oväntat visade bioinformatikanalys att en av P450-generna är en unik fusionsgen P450L som kodar för två funktionella domäner som kodades separat av två oberoende gener i andra svampar.
De etablerade ett termofilt CRISPR/Cas9-system och konstruerade två mutanta brister i två P450-gener. Teamet utförde metabolisk analys och detaljerad kemisk undersökning och fann att två P450-gener har multifunktioner i att bilda enkla PIA-härledda järnkelatorer, stärka enkla PIA till komplexa PIA och ge effektiva järnkelatorer. Överraskande nog observerade de att fusionsgenen P450L har en ytterligare roll i bildandet av mer komplexa järnkelatorer som härrör från nya komplexa PIA.
Forskarna utvärderade också järnnivåerna i mutanterna och fann att de P450-medierade metabolitmodifieringarna var involverade i att höja Fe 2+ nivåer men dämpande Fe 3+ nivåer, vilket leder till höga förhållanden av Fe 2+ /Fe 3+ i den termofila svampen under kallstress, som reglerade mitokondrieinnehåll och lipidbildning i mycel och bidrog till starka och kraftiga konidioforer, vilket underlättade termofila svampkonidiers överlevnad under köldstress.
Som en av de grundläggande och begränsande fysiska faktorerna i miljön spelar temperatur en mycket viktig och till och med avgörande roll för överlevnad och distribution av organismer på jordens yta. Med intensifieringen av globala extrema klimatförändringar har forskningen om anpassning och bekämpning av temperaturförändringar väckt mer och mer uppmärksamhet.
Resultaten i denna studie kan förklara varför Thermomyces-arter med ett stort reducerat genom kan överleva i biosfären där temperaturen ofta ligger under deras tillväxttemperaturer. De antyder att svampen inte behöver många biosyntetiska kärngener för distinkta familjer av metaboliter, P450-medierade strukturella modifieringar kan möta behoven av svampens lågtemperaturtolerans och överlevnadsförmåga.
"Denna studie kommer att uppmuntra forskare som arbetar med strukturell mångfald att upptäcka de naturliga funktionerna hos modifierande gener och att avslöja alla okända molekylära hemligheter som den kemiska mångfalden har," sa Prof. Niu.
Mer information: Shuhong Li et al, Genfusion och funktionell diversifiering av P450-gener underlättar termofil svampanpassning till temperaturförändringar, Mykologi (2024). DOI:10.1080/21501203.2024.2324993
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
