Как термофильные грибы адаптируются к холоду: роль P450-генов

Термофильные грибы — ключевые компоненты микобиоты в компостирующих системах (гниющее сено, зерно, древесная мульча). Они также являются источником биологически активных вторичных метаболитов.

Исследовательская группа под руководством профессора Сюэмэй Ню (Юньнаньский университет) с 2007 года изучает вторичные метаболиты термофильных грибов. В 2010 году они обнаружили, что преобладающий термофильный гриб Thermomyces dupontii продуцирует новый класс пренилированных индольных алкалоидов (PIAs), структурно сходных с ключевым предшественником сложных PIAs у мезофильных грибов.

В новом исследовании (Mycology) команда выясняла, зачем T. dupontii производит эти PIAs. Фокус был на двух генах цитохрома P450 в кластере генов, ответственных за синтез PIAs, поскольку P450 модифицируют метаболиты, увеличивая их разнообразие.

Биоинформатический анализ неожиданно показал, что один из генов P450 является уникальным слитым геном P450L, кодирующим два функциональных домена, которые у других грибов кодируются двумя отдельными генами.

Используя созданную термофильную систему CRISPR/Cas9, учёные получили мутанты с делециями этих двух генов P450. Метаболический и химический анализ показал, что эти гены P450 выполняют несколько функций:

• Формирование простых PIAs-производных хелаторов железа.
• Превращение простых PIAs в сложные.
• Синтез эффективных хелаторов железа.

Слитый ген P450L дополнительно участвует в образовании более сложных хелаторов железа из новых сложных PIAs.

Оценка уровня железа у мутантов выявила, что P450-опосредованные модификации метаболитов повышают уровень Fe²⁺, но снижают уровень Fe³⁺. Это приводит к высокому соотношению Fe²⁺/Fe³⁺ в термофильном грибе при холодовом стрессе.

Данное изменение регулирует содержание митохондрий и формирование липидов в мицелии, способствуя развитию сильных и крепких конидиеносцев. Это, в свою очередь, облегчает выживание конидий термофильного гриба при холодовом стрессе.

Результаты могут объяснить, почему виды Thermomyces с сильно редуцированным геномом могут выживать в биосфере при температурах ниже их оптимальной для роста. Грибу не нужно много ключевых генов для синтеза различных метаболитов — структурные модификации, катализируемые P450, могут удовлетворять потребности в устойчивости к низким температурам.

«Это исследование побудит учёных, работающих над структурным разнообразием, открывать естественные функции модифицирующих генов и раскрывать все неизвестные молекулярные секреты, которые хранит химическое разнообразие», — сказала профессор Ню.