《Nature Communications》：Genomic and physiological signatures of adaptation in pathogenic fungi
编辑推荐：
本研究针对新兴病原真菌对全球健康与农业的威胁，聚焦其从腐生向机会性病原生活方式转换的进化机制。通过比较基因组学与生理实验，团队发现真菌致病性演化并非由基因数量主导，而是由代谢通路相关基因的翻译效率（通过密码子优化指数S量化）驱动。机会性病原在脂质代谢基因上表现出显著密码子优化，且优化程度与环境中适应速度正相关。该研究为预测潜在病原真菌提供了新生物标志物，发表于《Nature Communications》。
在全球范围内，真菌病原体对农作物、动物和人类健康的威胁日益加剧。尤其令人担忧的是，许多原本无害的环境腐生真菌正逐渐演化为能够感染哺乳动物的机会性病原。然而，科学家们对其从腐生生活方式转向致病性生活的进化机制知之甚少。这一知识缺口严重制约了我们对新发病原的预测和防控能力。传统观点认为，致病性主要由特定毒力基因的存在与否决定，但越来越多的证据表明，基因表达的精细调控可能在真菌适应性进化中扮演关键角色。
为揭开这一谜题，由Marco Alexandre Guerreiro领衔的研究团队选择Trichosporonales目真菌作为模型系统。该目包含多种腐生物种和人类机会性病原（如Trichosporon、Cutaneotrichosporon），为研究生活方式转换提供了理想框架。相关成果已发表于《Nature Communications》。
研究团队主要整合了比较基因组学、系统发育分析、密码子使用偏好计算以及体外生长实验四大技术方法。他们从公共数据库获取45个单倍体基因组，利用OrthoFinder鉴定单拷贝直系同源基因构建系统发育树；通过tRNAscan-SE预测tRNA基因，采用tAI算法评估翻译效率；针对21个菌株在富碳水化合物/脂质培养基中测定生长曲线，结合温度耐受实验验证表型适应性。
机会性病原在多个属中独立出现
基于1438个单拷贝直系同源基因构建的系统发育树显示，机会性病原物种分散分布于Trichosporon、Cutaneotrichosporon和Apiotrichum等属中，表明致病性在Trichosporonales目内多次独立进化形成。
腐生菌与病原菌的基因组组成难以区分
比较基因组学分析发现，两类真菌在基因组大小、转座元件含量、碳水化合物活性酶（CAZymes）及分泌蛋白基因数量上均无显著差异。这表明传统“基因清单”模式无法解释生活方式差异。
tRNA组成与扩张与生活方式无关
tRNA基因数量（51-1455个）与基因组大小显著相关，但扩增模式受系统发育关系和非生物选择压力共同驱动，未呈现生活方式特异性。
代谢通路相对密码子优化预测真菌生活方式
通过计算脂质与碳水化合物代谢通路的密码子优化指数比值（S脂质:S碳水化合物），发现机会性病原的比值接近1（两类代谢均衡优化），而腐生菌显著偏向碳水化合物代谢优化（比值<1）。决策树模型利用该比值准确区分生活方式（准确率100%），新兴病原Apiotrichum mycotoxinivorans的优化模式与典型病原高度一致。
代谢通路密码子优化预测适应度
生长实验显示，密码子优化程度与最大生长速率无关，但与滞后时间显著负相关（R2>0.6）。高优化菌株在对应底物中更快进入指数生长期，证明翻译效率提升加速环境适应。
腐生菌可在哺乳动物体温下生长
尽管高温生长是病原常见特征，但部分腐生菌（如Cutaneotrichosporon cyanovorans）能在37℃生长，而某些病原菌株反受温度限制。表明温度耐受仅是致病性的多重因素之一，非唯一决定因子。
研究结论强调，真菌生活方式的适应性进化深刻烙印于翻译调控层面。机会性病原通过平衡脂质与碳水化合物代谢基因的翻译效率，获得在宿主环境中快速增殖的优势。更值得警惕的是，部分目前归类为腐生的物种（如Vanrija）已具备与病原相似的密码子优化模式和温度耐受性，提示它们可能是潜在的“潜伏病原”。该研究不仅揭示了密码子优化作为预测病原性的可靠生物标志物，更革新了基于基因序列预测真菌风险的范式，为主动防控新发病原提供了进化生物学新视角。
