《MYCOSES》：From Plants to Animals: Cross-Kingdom Infection by Fungal Phytopathogens
编辑推荐：
：
植物病原真菌表现出显著的生态多样性，且这种多样性正受到气候变化的压力，但它们在“同一健康”（One Health）框架下对人类及生态系统健康的相关性仍未得到充分探索。多个植物病原谱系已展现出感染脊椎动物宿主的能力。本文介绍了部分植物病原真菌的生态特征及基因
：
植物病原真菌表现出显著的生态多样性，且这种多样性正受到气候变化的压力，但它们在“同一健康”（One Health）框架下对人类及生态系统健康的相关性仍未得到充分探索。多个植物病原谱系已展现出感染脊椎动物宿主的能力。本文介绍了部分植物病原真菌的生态特征及基因组可塑性。部分物种采用内生菌（endophytes）和附生菌（epiphytes）的泛化生活方式策略，而另一些则发展出专性活体营养型（biotrophic）、死体营养型（necrotrophic）或半活体营养型（hemibiotrophic）感染模式。其生态多样性通过附属染色体（accessory chromosomes）的水平转移得以促进，从而实现快速适应，并可能产生具有多重适应性的新型杂合体。机会性感染（opportunism）被定义为：病原体在其偏好生态位中获得的性状偶然使其能够在其他宿主中存活，尽管适应性降低阻碍了后续传播。研究人员重点阐述了三种丝状子囊菌，它们体现了与跨界机会性感染相关的生态适应性和基因组可塑性。在链格孢（Alternaria alternata）中，黑色素生成及2型炎症（Type 2 inflammation）的诱导可能使易感人群易于感染。炭疽菌属（Colletotrichum spp.）可引起角膜炎（keratitis）及免疫功能低下个体的感染；其致病潜力还得到黑色素产生及对双重用途唑类抗真菌药物（dual-use azole antifungals）耐药性的支持。相比之下，尖孢镰刀菌复合种（Fusarium oxysporum species complex, FOSC）表现出广泛的宿主范围，可在免疫功能低下和免疫功能正常个体中引起疾病，后者尤其涉及甲真菌病（onychomycosis）。其在鱼类等水生脊椎动物中的暴发、与植物和脊椎动物致病性均相关的毒力因子的鉴定，以及对双重用途唑类抗真菌药物的耐药性，进一步支持了其“同一健康”意义。应鼓励跨学科和跨部门合作，以制定缓解策略。
论文主体内容总结
1 植物病原真菌的生态特征
植物病原真菌具有显著的基因组可塑性（如基因及附属染色体的水平转移）、环境持久性（如以腐生或孢子形式在极端条件下存活）以及“泛化”生活方式能力（如土栖且感染植物的茄病镰刀菌复合种（Fusarium solani species complex））。许多植物病原菌的生命周期涉及环境存在和内生定殖，这些转变需要基因组的响应能力，并可能受到气候变化或替代宿主存在等外部因素的影响。具有植物致病潜力的真菌（包括高度特化谱系及内生菌或机会性腐生菌）通常在中纬度地区繁盛，其多样性受大陆、栖息地类型及可用植物宿主的影响。在城市化环境中，其与水生、冻原和湿地栖息地存在更高程度的组成重叠（嵌套性），可能反映了人为混合。在新环境中，由基因组可塑性促成的生活方式策略转变，加上重复溢出事件实现的逐步适应，可能有助于新型人类病原体或机会性病原体的出现。气候变量（温度和降水）也影响植物病原真菌的丰富度，预计到2100年其多样性将持续增加。在植物中，共生或兼性致病真菌可作为内生菌定殖深层组织，或作为附生菌定殖表皮。附生真菌因其表面定位，转移到非植物宿主的可能性更高，常与极端耐受性及创伤接种进入动物组织后的机会性感染相关。专性植物病原真菌具有多样化的生活方式——活体营养型、死体营养型和半活体营养型。活体营养型真菌利用独特的侵入和取食菌丝结构感染活体植物；死体营养型依赖宿主细胞死亡后释放的营养物质；半活体营养型则以无症状的活体营养阶段开始，随后转为死体营养。就跨界适应而言，高度特化于植物宿主的植物病原真菌可能不太可能在动物中建立感染，除非作为机会性病原体；而宿主范围更广、生活方式更泛化的真菌则可能具有更大的溢出感染潜力。
2 植物病原真菌的基因组可塑性
真菌植物致病性与植物宿主抗性之间的拮抗相互作用驱动了共进化过程。农业实践迅速改变作物遗传特性，进而选择快速适应并增加基因组可塑性。国际贸易促进异域真菌谱系的混合，生物因素如鸟类迁徙也可远距离传播丝状子囊菌。基因组可塑性特征包括效应因子或毒力相关基因位于转座子富集区域附近或附属染色体上，这些区域表现出更高的突变、重组和水平转移率（即“双速”或区室化基因组）。附属染色体的水平转移扩展了植物病原菌的宿主范围，并可能弥补克隆谱系遗传多样性有限的不足。倍性变化或染色体拷贝数改变以及染色体重排等额外机制，可允许在胁迫下生存并促进逐步适应。基于密码子使用模式，多个植物病原物种（包括链格孢、胶孢炭疽菌、尖孢镰刀菌等）具有更高的染色体水平转移可能性，这可能反映了生态灵活性的增加或更泛化的生活方式。这一过程被认为通过菌丝融合介导，产生含有不同菌株细胞核的多核异核体。异核体随后可能经历附属染色体的选择性保留或转移，而多余的core染色体则丢失。在链格孢和镰刀菌等丝状子囊菌中，专性和泛化植物病原谱系均产生由附属染色体编码的代谢产物，包括分泌效应因子、真菌毒素和解毒酶。附属染色体的水平转移可在种间和种内发生，种内转移促成了感染特定植物宿主的专化型或致病型的出现。大基因组片段的转移可能使物种内亚群采用不同生活方式策略并促进宏观进化变化，可能使机会性植物病原菌适应动物宿主，但这仍是推测性的，受限于附属染色体上基因功能注释的不完整性。
3 链格孢（Alternaria alternata）**
链格孢是一种世界性腐生真菌，能够发展宿主特异性策略，包括内生和致病生活方式。在植物宿主中，它可通过产生由附属染色体编码的真菌毒素适应不同的专化型，这种可塑性可能有助于从内生向致病行为的转变。链格孢是一种暗色真菌，其响应环境胁迫产生的黑色素可能共同选择了对氧化应激和吞噬作用的抗性。热休克蛋白的温度依赖性上调也可能支持其持久性。在人类中，链格孢可能构成甲部微生物组的一部分，并可能矛盾地与皮肤癣菌竞争，从而降低甲真菌病的严重程度。链格孢也是一种常见过敏原，与过敏性鼻炎相关，其诱导的2型炎症反应可能下调1型和3型通路，增加持续定殖或感染的易感性。
3.1 人类机会性感染的证据
链格孢感染可表现为免疫功能正常和免疫功能低下个体中继发于创伤性暴露的皮肤病变，或与糖尿病等慢性代谢疾病相关，以及甲真菌病、角膜炎和术后眼内炎。在免疫功能低下患者中，皮肤感染可表现为脓疱或糜烂性病变，并可能全身播散且致命。在免疫功能正常患者中，机会性感染通常继发于外部创伤。在甲真菌病中可观察到特征性的棕黑色指甲变色，可能归因于真菌黑色素生成。体外伊曲康唑耐药性也有报道。即使实验室参数正常且CD4+细胞计数正常的HIV感染者中也可发生慢性皮肤感染。无免疫抑制史的患者可出现鼻眶受累，误诊和使用免疫抑制治疗可加重感染，甚至导致死亡。
4 炭疽菌属（Colletotrichum spp.）**
炭疽菌属包含14个种复合体，包含众多植物病原菌，可通过水系统或空气传播的子囊孢子传播。部分物种作为内生菌生存，可能增强宿主对病原菌的防御，而另一些则采用与采后腐烂相关的半活体营养生活方式。营养菌丝和附着胞中的黑色素生成已被证实，可能作为毒力因子。炭疽菌属也可感染昆虫，可能通过摄入含内生菌株的植物材料。其适应性可能由显著的基因组可塑性促进，包括扩展的转座子活性和双速基因组结构。从活体营养到死体营养的转变由严格调控的转录程序介导。植物和植物病原真菌均产生Nudix水解酶，分泌的Nudix效应因子调节宿主抗性机制。植物病原菌可能维持两套Nudix蛋白：一套用于管家功能，一套用于毒力，后者可能通过附属染色体水平转移，支持对不同生活方式策略的适应。炭疽菌属与Magnaporthales之间也证实了跨属水平基因转移。
4.1 人类机会性感染的证据
已报道由多个炭疽菌种复合体引起的角膜炎病例，最常见的是农业工人外部创伤的后遗症。感染通常表现为白色浸润性角膜病变伴环形炎症。免疫功能低下患者中也有皮肤病变伴菌丝侵入真皮和血管的报道。一种内生菌株产生的collutellin A——一种结构与环孢素A相似的代谢物——对CD4+ T细胞具有免疫抑制活性，这提出了免疫功能正常个体中机会性感染的可能性。此外，暴露于农业唑类（戊唑醇）已被证明可诱导交叉耐药性，耐药分离株与野生型相比，在离体受伤人类皮肤上表现出增强的感染能力。
5 尖孢镰刀菌复合种（FOSC）
镰刀菌属包含常见环境真菌，分类复杂性显著。其多样性可能部分源于染色体水平转移，使其占据广泛的生态范围，已从脊椎动物、无脊椎动物和植物中分离。FOSC从水系统和室内加湿器中分离的比例不成比例地高。FOSC在甲真菌病中的出现引发了对深部、播散性皮肤癣菌病的担忧，尤其是在老龄化和免疫功能低下人群中。机会性FOSC感染最常见的表现为皮肤和软组织感染，包括甲真菌病。在SARS-CoV-2感染使用皮质类固醇和侵入性通气支持的情况下，可发生血流感染。儿科肿瘤人群中也有暴发报道，污染导管与真菌血症相关，污染水系统与结节性病变和继发性内部播散相关。使用番茄致病性分离株（尖孢镰刀菌番茄专化型（F. oxysporum f. sp. lycopersici））对免疫抑制小鼠的实验性感染诱导了局部肿胀、坏死病变和内脏播散，最终导致死亡。FOSC也是角膜炎的公认原因，并与近期术后眼内炎增加相关。镰刀菌属对唑类药物表现出内在耐药性，这一特性可能因农业中双重用途抗真菌药物的使用而上调。临床FOSC分离株表现出伏立康唑与农业唑类药物之间的显著体外交叉耐药性。FOSC甲真菌病可表现为白色变色、甲沟炎和疼痛。由于需要专门检测，镰刀菌甲真菌病可能在常规护理中未被充分认识，并被误认为是污染物或耐药性皮肤癣菌感染。
5.1 适应脊椎动物宿主的证据
FOSC以附属染色体为特征，使其能够在分子水平适应不同的植物专化型，多达26个谱系与人类感染相关。与植物致病性分离株相比，从人类角膜炎中分离的FOSC表现出耐热性和对氧化应激及卡泊芬净的抗性，可能反映了附属染色体的差异。已鉴定出人类致病性FOSC中四个谱系特异性附属染色体，编码金属离子和阳离子转运蛋白、铜结合蛋白、pH依赖性转录因子和药物外排通道，而这些在植物致病性菌株中不存在。这些附属染色体可能还编码参与营养感应和细胞反应的独特激酶，并在37°C下差异表达。FOSC中多个候选毒力因子与脊椎动物宿主相关，包括肽半乳甘露聚糖、锌响应因子、铁载体、光受体（Wc1）、MAP激酶（Fmk1）和G蛋白β亚基等。实验上，FOSC可感染离体人指甲，甲真菌病患者产生的代谢物可诱导皮肤和皮下炎症；特别是镰刀菌酸——一种在甲真菌病患者中鉴定出的真菌毒素——也 contributes to 植物致病性。在人类附近生活的脊椎动物中，最近报道了南亚养殖淡水鲤鱼中FOSC的暴发，致病性通过可见菌丝生长、纯培养物分离及对 na?ve 宿主的成功实验感染得以证实。FOSC与海龟蛋镰刀菌病的关联也是脊椎动物适应的另一个迹象，表现为可见菌丝生长、蛋上色素病变及胚胎表皮菌丝侵入，且相同分离株已丧失植物致病性。总之，FOSC表现出显著的泛化生活方式和跨界感染的证据，表明其可能是重要的“同一健康”目标。
