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有种蘑菇的“毒”是“借”来的

文章来源:中国科学院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室  |  发布时间:2018-09-03  |  作者:罗宏  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

 

图1 罗宏绘

  谁都知道野生蘑菇可能有毒,不能乱吃。蘑菇中的“毒王”要数鹅膏属的剧毒蘑菇了,每年都会令许多人丧命。例如,今年伊朗发生了一起因误食这类蘑菇而导致的中毒事件,造成1000多人中毒。蘑菇中鹅膏的形象在人类文化中最深入人心,随处可见的带可爱白点的红蘑菇(图1),就是对捕蝇鹅膏生动的描绘(图2)。

 

图2 杨祝良摄

  在鹅膏属中,除了致命的剧毒蘑菇,也包括了许多著名的食用种。历史记载,凯撒大帝最喜欢吃橙盖鹅膏,所以这种蘑菇在欧州也叫作凯撒鹅膏。著名的罗马帝国暴君克劳迪亚斯,就是吃了他妻子准备的一道混有剧毒鹅膏的橙盖鹅膏而被毒死的。鹅膏在科学上也有重要的贡献,共有3位诺贝尔奖得主的工作是以鹅膏毒素为研究对象完成的。某些可食用鹅膏和剧毒鹅膏在外观上极其相似,难以区分,是造成中毒事件的重要原因。那么,这些剧毒鹅膏又是如何生产毒素的呢?

  与青霉生产青霉素一样,鹅膏也有多个基因组成“毒素生产线”,用于合成最毒的蘑菇毒素“鹅膏毒肽”。不仅鹅膏,人们早在一百多年前就已发现,虽然盔孢伞属和环柄菇属的蘑菇与鹅膏亲缘关系较远,好比人与金丝猴的关系,但却都能合成“鹅膏毒肽”,而鹅膏真正的近亲蘑菇们却没有这一功能。这让许多科学家百思不得其解,一时间众说纷纭。

  最近,中国科学院昆明植物研究所的研究团队为我们揭示了谜底:大大出乎人们的想象,“鹅膏毒肽”并非这几种蘑菇“原创”,而是从一个无亲缘关系的古老蘑菇那里“借”来的!毒素对蘑菇可是很有用的,可以保护蘑菇不受动物的伤害,这样它的孢子才能成熟并传播。居住在同一环境中的生物,可以直接交换基因和DNA,这一过程称作基因水平转移。人体中有很多DNA序列是来自病毒的,也是基因水平转移导致的。这些剧毒蘑菇正是借助这一方法,将对它们有利的毒素基因“山寨”了一份,加入到自己的基因中去,就好比“草船借箭”,瞬间就把自己武装了起来!其他生物也许要花费几万年才能进化来的技能,这些蘑菇则“得来全不费工夫”。

  研究还发现,“借箭”是从环柄菇到盔孢伞再到鹅膏分步骤实现的(图3)。鹅膏虽然最后才获得这一毒素合成“秘方”,但却将这“秘方”发扬光大,踵事增华,进化出了合成新毒素的能力,因此其毒性超过了盔孢伞和环柄菇,成了当之无愧的“毒王”。研究团队早前证实,剧毒鹅膏大概在恐龙时代就已经出现,可以推测“借”基因给鹅膏的古老物种存在的时间更早。如果这些剧毒蘑菇在白垩纪甚至更早就演化出这一“毒素生产线”,那么它们极有可能曾经毒死过某些大型动物。据推测,最古老的产鹅膏毒肽的蘑菇在进化的历史长河中已经消失了,但这一“毒素生产线”在鹅膏、盔孢伞和环柄菇中得以保留,并在后代中传递下去,形成独特的进化机制,帮助其适应了环境,生存并繁衍下去。

 

图3 罗宏 摄、绘 (盔孢伞由 Michael G. Wood摄)

  人类自古就有采集蘑菇的习俗,人口增加等因素导致这类活动日益频繁,对于蘑菇生存的威胁与日俱增。人们对剧毒鹅膏的敬畏,相对于美味蘑菇的大量采集食用,也许无形中形成了一种自然选择压,加强了剧毒蘑菇的生存与竞争能力,这可能是导致近年剧毒鹅膏入侵多地,造成中毒事件频发的一个重要原因。如果人类的活动赋予了剧毒鹅膏生存的优势,大概可以说鹅膏毒肽产生了新的生物学功能,即防止人类的采集破坏,所以鹅膏毒肽的作用靶标在漫长的进化历程中也悄悄发生了扩大与转变。目前这还仅仅是一种假说,鹅膏毒肽的生态功能还要进行不断研究才能揭秘。

  (责任编辑:李雪)


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