Эволюционные пути биосинтеза токсина α-аманитина у ядовитых грибов
Смертельный токсин α-аманитин, который является одним из самых опасных и ядовитых веществ, представляет собой бициклический октапептид, биосинтезируемый на рибосомах определенных видов грибов. В основном, α-аманитин синтезирует филогенетически дизъюнктная группа грибов порядка Агариковые, среди которых находятся пластинчатые грибы красные мухоморы семейства Аманитовые, грибы Лепиота семейства Шампиньоновые и известные ядовитые грибы Галерина в семействе Строфариевых.
Ученые задаются вопросом, почему такие неродственные ядовитые грибы, как красные мухоморы, лепиота и галерина, производят один и тот же смертельный токсин α-аманитин? Одной и наиболее вероятной из версий считается эффективная и быстрая стратегия приобретения организмами новых способностей — горизонтальный перенос генов. То есть такое распределение пути биосинтеза токсина α-аманитин, возможно, связано с горизонтальным переносом кластеров метаболических генов среди таксономически не связанных грибов с перекрывающимися местами обитания.
Работа ученых подтверждает, что два биосинтетических гена — P450-29 и FMO1 — являются широко распространенными ферментами оксигеназами, важными для биосинтеза α-аманитина. Филогенетические и генетические анализы этих генов, проведенные с помощью лабораторных экстракторов и систем визуализации клеток, убедительно подтверждают их происхождение путем горизонтального переноса.
Анализ нескольких геномов показал, что эволюция путей биосинтеза α-аманитина в кладах ядовитых мухоморах у Аманитовых, Лепиота и Гелерина влекли за собой различные эволюционные пути, включая расширение семейства генов, биосинтетические гены и геномные перестройки. Получается, что неродственные ядовитые грибы производят одни и те же смертельные токсины α-аманитина, используя вариации одного и того же пути. Кроме того, эволюция биосинтетического пути (или нескольких путей) α-аманитина у видов мухоморов порождает гораздо более широкий спектр токсичных циклических пептидов. Причем у Аманитовых этот путь эволюционировал в результате серии генных манипуляций, производя очень высокие уровни токсинов, порождая «самый смертоносный гриб, известный человечеству».
Таким образом, с помощью секвенирования генома и обнаружения двух генов для пути биосинтеза α-аманитина ученым удалость продемонстрировать, что распределение пути произошло именно путем горизонтального переноса генов, вероятно, через неизвестного предкового донора грибов. Такие результаты значительно расширяют понимание генетики, разнообразия и эволюции пути биосинтеза токсинов у грибов.
