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为探究地衣形成真菌（LFF）中核糖体合成和翻译后修饰肽（RiPPs）的生物合成基因簇（BGC）情况，研究人员分析 111 个 LFF 基因组。发现 987 个 RiPP BGCs，其分布和组成独特，还找到与真菌霉菌毒素相关的 BGCs，为新药研发提供线索。
在生命科学的奇妙世界里，真菌一直是备受关注的研究对象。其中，核糖体合成和翻译后修饰肽（RiPPs）作为真菌生物合成基因簇（BGC）的重要成员，逐渐走进科研人员的视野。RiPPs 不仅在毒素产生和防御等方面发挥关键作用，还在药物研发领域展现出巨大潜力。然而，目前对真菌 RiPPs 的研究大多集中在少数模式真菌上，对于那些处于复杂共生关系中的真菌，比如地衣形成真菌（LFF），其 RiPP 生物合成的奥秘还隐藏在重重迷雾之中。这主要是因为 LFF 难以在无菌条件下培养，基因组测序进展缓慢。但随着生命科学的发展，新技术和新工具不断涌现，为揭开这层神秘面纱带来了希望。在此背景下，意大利帕多瓦大学（University of Padova）等机构的研究人员开展了一项意义重大的研究，相关成果发表在《Fungal Biology and Biotechnology》上，为我们深入了解地衣真菌的生物合成机制打开了一扇新的大门。
研究人员为了全面解析 LFF 中 RiPP BGCs 的多样性，采用了多种关键技术方法。他们从 NCBI 和 JGI portal Mycocosm 获取了 111 个地衣真菌基因组数据，运用 BUSCO v.5.3.2 评估基因组完整性。通过 MAFFT L-INS-I 对单拷贝 BUSCO 基因进行比对、拼接，再利用 IQ-TREE v.1.5.5 构建系统发育树。借助 antiSMASH v7.0 真菌版本预测次生代谢物基因簇，BiG-SCAPE 平台对 BGCs 进行聚类分析，Clinker 用于比较和可视化基因簇的同线性和同源性 。此外，还运用多种算法和工具对前体肽、保守结构域等进行分析。
RiPP BGC 分布和多样性
研究人员预测发现，在 102 种 Lecanoromycetes 真菌中存在 1062 个 RiPP BGCs，在 4 种 Eurotiomycetes 真菌中有 59 个，5 种 Dothideomycetes 真菌中有 79 个。RiPP BGCs 约占地衣真菌总生物合成多样性的 17%，但在不同地衣真菌中的分布并不均匀。像 Caeruleum heppi 和 Canoparmelianaerobiensis 等部分种类中没有 RiPP BGCs，而 Icmadophila ericetorum 中则多达 50 个。这表明不同地衣真菌在 RiPPs 合成能力上存在显著差异。
地衣具有独特的 RiPP 生物合成基因簇
通过 BiG-SCAPE 构建基因网络，研究人员发现 987 个 RiPP BGCs 中，约 95%（827 个）为单例，不与其他 BGCs 聚类，可能编码独特的肽。剩余的 160 个 RiPP BGCs 聚类为 48 个基因簇家族（GCFs）。所有地衣真菌家族都有独特的 RiPP 基因簇，其中 Icmadophilaceae 和 Agyriaceae 最为多样。在 Parmeliaceae 家族中还发现了两个由不同 GCFs 形成的氏族（Clan R1 和 Clan R2），这为后续深入研究这些基因簇的功能和进化提供了重要线索。
氏族的进化保守性：聚类同线性
大多数地衣 RiPP BGCs 是独特且物种特异性的，但研究人员在 Parmeliaceae 家族中鉴定出两个同源氏族。Clan R1 通常包含两个特征生物合成基因，还有酪氨酸酶、O - 甲基转移酶等保守辅助基因，参与产物成熟。Clan R2 含有多个 GNAT 家族的乙酰转移酶拷贝，以及一些参与翻译后修饰的酶。这些发现揭示了不同氏族在基因组成和功能上的差异，有助于理解地衣真菌 RiPP 生物合成的进化历程。
RiPP 氏族特征生物合成基因的保守性
尽管两个氏族的特征基因都含有编码 DUF3328 的区域，但它们都未与 MIBiG 数据库中的真菌二卡菌素 BGCs 聚类。序列比对显示，除了两个高度保守的 HXXHC 基序外，整体序列保守性较低。系统发育分析表明，同一氏族内的特征基因序列相似性更高，Clan R1 的特征生物合成基因还分为两个不同的进化分支。此外，在一些 RiPP BGCs 中发现了与蛋白质转运和加工相关的特征，但缺乏二卡菌素核心肽的保守重复基序，这暗示了这些基因簇产物的独特性。
Lecanoromycetes 中的二卡菌素同源物
研究人员通过检查未与 Clan1 或 Clan2 聚类的地衣 RiPP BGCs 的特征基因保守结构域，发现它们与 asperipin - 2a、ustiloxin 和 phomopsin 的特征基因有一定序列相似性，且都存在保守的 HXXHC 基序，证实了与二卡菌素的关系。这些推定的二卡菌素同源物广泛分布于不同的 Lecanoromycetes 家族，这一发现扩展了对二卡菌素在真菌中分布的认识。
研究人员通过对 111 个地衣真菌基因组的分析，首次全面揭示了地衣真菌中 RiPP BGCs 的多样性。研究发现地衣真菌的 RiPP BGCs 与模式真菌有显著差异，可能编码新颖的化合物。在 Parmeliaceae 家族中鉴定出的两个保守 RiPP BGCs，与真菌二卡菌素相关，虽然它们的特征生物合成基因和聚类组成不同，但都与霉菌毒素的产生存在潜在联系。此外，研究还将二卡菌素样基因的系统发育分布扩展到 Lecanoromycetes，为进一步研究地衣代谢组的生化潜力奠定了基础。这一研究成果不仅有助于我们深入理解地衣真菌的生物学特性，还为从地衣真菌中开发新型生物活性化合物提供了理论依据，有望推动新药研发等相关领域的发展。
