Udforskning af en molekylær mekanisme, der letter termofil svampetilpasning til temperaturændringer

Termofile svampe er hovedkomponenter af mycoflora i en række naturlige og menneskeskabte komposteringssystemer, herunder rådnende hø, lagret korn, træmuld, redemateriale fra fugle og dyr, kommunalt affald og selvopvarmende akkumuleret organisk materiale. Termofile svampe er også en potentiel kilde til naturlige produkter, som komplementerer metabolitbibliotekerne af mesofile svampe og bakterier.

Forskerholdet ledet af prof. Xuemei Niu (State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources in Yunnan, Yunnan University) har arbejdet på opdagelsen af ​​sekundære metabolitter i termofile svampe og deres biologiske aktiviteter og naturlige funktioner siden 2007.

I begyndelsen af ​​2010 rapporterede holdet, at en fremherskende termofil svamp Thermomyces dupontii producerede en ny klasse af prenylerede indolalkaloider (PIA'er), der bærer de slående strukturelle træk ved en vigtig formodet alsidig precursor, der længe har været foreslået for de velkendte komplekse PIA'er i mesofile svampe.

I deres seneste undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Mycology , forsøgte holdet at afgøre, hvorfor T. dupontii producerede en sådan klasse af PIA'er. De sigtede mod to P450-gener i genklyngen, der er ansvarlig for PIA'er, fordi P450 kan modificere og transformere sekundære metabolitter for at generere forskellige og komplekse metabolitter.

Hvad mere er, er den økologiske betydning af P450-gener stadig dårligt forstået ajour. Uventet indikerede bioinformatikanalyse, at et af P450-generne er et unikt fusionsgen P450L, der koder for to funktionelle domæner, der blev kodet separat af to uafhængige gener i andre svampe.

De etablerede et termofilt CRISPR/Cas9-system og konstruerede to mutante mangler i to P450-gener. Holdet udførte metabolisk analyse og detaljeret kemisk undersøgelse og fandt ud af, at to P450-gener har multifunktioner i at danne simple PIA-afledte jernchelatorer, styrke simple PIA'er til komplekse PIA'er og give effektive jernchelatorer. Overraskende nok observerede de, at fusionsgenet P450L har en yderligere rolle i dannelsen af ​​mere komplekse jernchelatorer afledt af nye komplekse PIA'er.

Forskerne evaluerede også jernniveauerne i mutanterne og fandt ud af, at de P450-medierede metabolitmodifikationer var involveret i at hæve Fe ²⁺ niveauer, men dæmpende Fe ³⁺ niveauer, hvilket fører til høje forhold af Fe ²⁺ /Fe ³⁺ i den termofile svamp under kuldestress, som regulerede mitokondrieindholdet og lipiddannelsen i mycelier og bidrog til stærke og kraftige konidioforer og derved lette termofile svampekonidiers overlevelse under kuldestress.

Som en af ​​de grundlæggende og begrænsende fysiske faktorer i miljøet spiller temperatur en meget vigtig og endda afgørende rolle for organismers overlevelse og fordeling på Jordens overflade. Med intensiveringen af ​​de globale ekstreme klimaændringer har forskningen i tilpasning og bekæmpelse af temperaturændringer tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed.

Resultaterne i denne undersøgelse kan forklare, hvorfor Thermomyces-arter med et stort reduceret genom kan overleve i biosfæren, hvor temperaturen ofte er under deres væksttemperaturer. De antyder, at svampen ikke har brug for mange biosyntetiske kernegener for forskellige familier af metabolitter, P450-medierede strukturelle modifikationer kan opfylde behovene for svampe-lavtemperaturtolerance og overlevelsesevne.

"Denne undersøgelse vil opmuntre forskere, der arbejder med strukturel diversitet, til at opdage de naturlige funktioner af modificerende gener og til at afsløre alle de ukendte molekylære hemmeligheder, som den kemiske diversitet har," sagde prof. Niu.

Flere oplysninger: Shuhong Li et al., Genfusion og funktionel diversificering af P450-gener letter termofil svampetilpasning til temperaturændringer, Mykologi (2024). DOI:10.1080/21501203.2024.2324993

Leveret af Tsinghua University Press