Erforschung eines molekularen Mechanismus, der die Anpassung thermophiler Pilze an Temperaturänderungen erleichtert

Thermophile Pilze sind Hauptbestandteile der Mykoflora in einer Vielzahl natürlicher und künstlicher Kompostierungssysteme, darunter verrottendes Heu, gelagertes Getreide, Holzmulch, Nistmaterial von Vögeln und Tieren, Siedlungsabfälle und selbsterhitzende angesammelte organische Stoffe. Thermophile Pilze sind auch eine potenzielle Quelle für Naturstoffe, die die Metabolitenbibliotheken mesophiler Pilze und Bakterien ergänzen.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof.

Anfang 2010 berichtete das Team, dass ein vorherrschender thermophiler Pilz, Thermomyces dupontii, eine neue Klasse prenylierter Indolalkaloide (PIAs) produzierte, die die bemerkenswerten Strukturmerkmale eines mutmaßlich vielseitigen Schlüsselvorläufers trugen, der seit langem für die bekannten komplexen PIAs vorgeschlagen wurde mesophile Pilze.

In ihrer neuesten Studie veröffentlicht im Tagebuch Pilzkundewollte das Team herausfinden, warum T. dupontii eine solche Klasse von PIAs hervorbrachte. Sie zielten auf zwei P450-Gene im Gencluster ab, die für PIAs verantwortlich sind, da P450 Sekundärmetaboliten modifizieren und umwandeln kann, um vielfältige und komplexe Metaboliten zu erzeugen.

Darüber hinaus ist die ökologische Bedeutung der P450-Gene bislang kaum verstanden. Unerwarteterweise ergab eine bioinformatische Analyse, dass eines der P450-Gene ein einzigartiges Fusionsgen P450L ist, das zwei funktionelle Domänen kodiert, die in anderen Pilzen separat von zwei unabhängigen Genen kodiert wurden.

Sie etablierten ein thermophiles CRISPR/Cas9-System und konstruierten zwei mutierte Defizite in zwei P450-Genen. Das Team führte Stoffwechselanalysen und detaillierte chemische Untersuchungen durch und stellte fest, dass zwei P450-Gene eine multifunktionale Funktion bei der Bildung von einfachen PIA-abgeleiteten Eisenchelatbildnern, der Verstärkung einfacher PIAs zu komplexen PIAs und der Bildung wirksamer Eisenchelatbildner haben. Überraschenderweise beobachteten sie, dass das Fusionsgen P450L eine zusätzliche Rolle bei der Bildung komplexerer Eisenchelatbildner spielt, die aus neuen komplexen PIAs abgeleitet sind.

Die Forscher untersuchten auch die Eisenspiegel in den Mutanten und fanden heraus, dass die P450-vermittelten Metabolitenmodifikationen an der Erhöhung der Fe2+-Spiegel, aber an der Abschwächung der Fe3+-Spiegel beteiligt waren, was zu hohen Verhältnissen von Fe2+/Fe3+ im thermophilen Pilz unter Kältestress führte, der die Mitochondrien regulierte Gehalt und Lipidbildung in Myzelien und trugen zu starken und kräftigen Konidiophoren bei, wodurch das Überleben thermophiler Pilzkonidien unter Kältestress erleichtert wurde.

Als einer der grundlegenden und limitierenden physikalischen Faktoren der Umwelt spielt die Temperatur eine sehr wichtige und sogar entscheidende Rolle für das Überleben und die Verbreitung von Organismen auf der Erdoberfläche. Mit der Verschärfung des globalen extremen Klimawandels hat die Forschung zur Anpassung an den Klimawandel und zur Bekämpfung des Temperaturwandels immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Die Ergebnisse dieser Studie könnten erklären, warum Thermomyces-Arten mit einem großen reduzierten Genom in der Biosphäre überleben können, wo die Temperaturen oft unter ihren Wachstumstemperaturen liegen. Sie legen nahe, dass der Pilz nicht viele biosynthetische Kerngene für verschiedene Metabolitenfamilien benötigt, P450-vermittelte Strukturmodifikationen können den Anforderungen der Pilztoleranz und Überlebensfähigkeit bei niedrigen Temperaturen gerecht werden.

„Diese Studie wird Wissenschaftler, die sich mit struktureller Vielfalt befassen, dazu ermutigen, die natürlichen Funktionen modifizierender Gene zu entdecken und alle unbekannten molekularen Geheimnisse der chemischen Vielfalt aufzudecken“, sagte Prof. Niu.