捕食线虫真菌基因组揭示肉食性起源与二叠纪-三叠纪灭绝事件后的适应性进化

本研究通过比较21种捕食线虫真菌(NTF)与21种非NTF子囊菌的基因组，揭示了真菌肉食性进化的关键遗传机制。研究发现NTF通过扩张黏附蛋白、CAP超家族等捕食相关基因家族，收缩碳氮水解酶基因，并水平获得细菌源Mur基因簇等方式，适应二叠纪-三叠纪灭绝事件后形成的富碳贫氮环境。该成果为理解极端环境压力下的生态位适应提供了新视角。

　　

在地球生命演化史上，二叠纪-三叠纪灭绝事件（约2.52亿年前）造成了陆地生态系统的崩溃，大量植物残体堆积形成富碳环境，而海洋氮循环转向铵主导状态导致陆地氮匮乏。这种特殊的生态条件可能驱动了真菌界罕见的肉食性进化——约90%的捕食线虫真菌(NTF)集中分布于子囊菌门中的圆盘菌纲(Orbiliomycetes)，它们能通过精巧的黏附网或收缩环捕获线虫等微小动物。但长期以来，科学家对真菌获得肉食性特征的遗传基础及其与古环境剧变的关联机制知之甚少。

南开大学的研究团队在《Molecular Phylogenetics and Evolution》发表的研究中，首次对21种NTF（含16个新测序物种）和21种非NTF子囊菌进行系统基因组分析。研究采用全基因组测序、比较基因组学、转录组分析和基因敲除等技术，样本涵盖形成三维黏附网的Arthrobotrys spp.、产生收缩环的Drechslerella spp.等典型NTF类群。通过构建系统发育框架，结合Permian-Triassic环境重建，揭示了NTF在极端环境压力下的适应性进化轨迹。

Characteristics of the NTF genomes
基因组分析显示NTF具有显著扩张的捕食相关基因家族：黏附蛋白基因协助构建捕捉结构；CAP（cysteine-rich secretory proteins）超家族参与识别猎物；真核天冬氨酸蛋白酶和丝氨酸型肽酶促进猎物消化。意外发现NTF的次级代谢产物(SM)基因簇数量显著少于非NTF，暗示肉食性可能通过简化代谢网络实现能量重分配。

Discussion
研究证实NTF通过水平基因转移(HGT)从细菌获得Mur基因簇（参与细菌细胞壁肽聚糖合成）和动物毒力因子Hyl。基因敲除实验显示MurE缺失会削弱线虫吸引能力，首次证明原核基因在真菌捕食中的功能转化。环境适应方面，NTF显著扩张纤维素降解酶家族（GH5、GH7、AA9和CBM1），同时收缩碳氮水解酶基因，这种"富碳利用-贫氮补偿"的基因组特征完美匹配Permian-Triassic事件后的土壤化学组成。

该研究构建了NTF从捕食装置形成、猎物识别到消化吸收的完整遗传蓝图，提出"古环境剧变-营养胁迫-基因组创新"的进化模型。特别值得注意的是，MurE等HGT基因的功能验证为跨界基因流动驱动生态位占领提供了直接证据。这些发现不仅解释了肉食性真菌在灭绝事件后的快速辐射，也为理解极端环境下的生物适应性进化提供了范式。