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黄曲霉毒素的生产与黄色曲霉的分类学研究

期刊:studies in mycologyDOI:10.1016/j.simyco.2014.07.001

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研究作者及出版信息

这项研究由C.M. Visagie、J. Varga、J. Houbraken、M. Meijer、S. Kocsube、N. Yilmaz、R. Fotedar、K.A. Seifert、J.C. Frisvad和R.A. Samson等研究人员共同完成。研究主要依托于以下机构:位于荷兰乌得勒支的CBS-KNAW真菌生物多样性中心、匈牙利塞格德大学信息学院的微生物学系、卡塔尔多哈环境部生物技术中心、加拿大农业食品署生物多样性部门及丹麦技术大学系统生物学系等。研究成果发表于《Studies in Mycology》期刊的第78卷,发布日期为2014年9月12日,DOI为10.1016/j.simyco.2014.07.001。


学术背景

本研究着眼于曲霉属(Aspergillus)中Circumdati节(section Circumdati)的分类学修订以及其产毒性研究。Circumdati节包含许多带黄色或赭黄色分生孢子的曲霉种,其在农业、食品安全及医疗上具有重要意义,因为一些物种会产生对人类及动物有害的真菌毒素,如Ochratoxin A(赭曲霉毒素A)等。此外,本节内部分种类还以其能够合成药物先导化合物和生物转化能力而受到关注。然而,这些物种间的分类关系及其产毒性尚不清晰,给精确识别及管理此类真菌对环境与人类的影响带来了挑战。

本研究的目标是利用多学科方法为Circumdati节提供修订的分类学框架,同时探讨这些物种之间的进化关系及其产毒性特征。


研究工作流程

1. 样本收集与序列选择

研究工作以获得的79株代表性样本为基础,这些样本包含于不同公共培养物收藏机构(如CBS-KNAW、DTO以及美国农业部ARS等)中。研究对象涉及Circumdati节内各已知种类以及若干疑似新种,研究涵盖分生孢子形态观察、其内转录间隔区(ITS)、β-微管蛋白基因(bena)及钙调素基因(cam)等序列片段的分析。

2. 多相分类方法

采用了一种综合分类策略,程序包括:(1)宏观和微观形态学观察;(2)外源代谢产物分析(extrolite analyses);(3)ITS、bena及cam基因的序列分析,用以构建系统发育树;(4)以基因序列对分类进行验证。其中特殊软件包括MAFFT用于序列比对,Mega软件和MrBayes进行系统发育分析。

3. 形态学研究

将菌株接种于多种培养基(如CYA、MEA、YES等),在25°C暗培养7天并在其他条件下进行温度试验(如30°C、37°C等)。使用显微镜观察菌落及分生孢子特征,记录孢子形态、大小及附加表面纹理。

4. 外源代谢产物分析

通过高效液相色谱(HPLC)对真菌代谢产生的化学物质进行详细分析,研究是否存在Ochratoxin 和其他已知毒素。

5. 数据分析与新种鉴定

结合分子数据、化学分析和形态学研究三种方式,对Circumdati节进行分类修订。基于序列分析确认了27个合法物种,同时命名并描述了7个新种,包括Aspergillus occultus, Aspergillus pallidofulvus, Aspergillus pulvericola等。


研究主要结果

1. 物种鉴定与演化关系

基于ITS、bena和cam序列的系统发育树显示,Circumdati节的27个物种可分为7个主要进化分支。各分支与产生特定代谢产物呈一定相关性,其中如A. ochraceus与其近缘种组成生成赭曲霉毒素的分支,而A. fresenii分支体现出较强的化学特异性。

2. 新种描述

研究描述了7个新种,例如:
- A. occultus:从室内空气中分离,具较弱的孢子纹理化学特性;
- A. salwaensis:从卡塔尔土壤中采集,表现出独特的孢子表面光滑特征;
- A. westlandensis:从荷兰空气样本中提取,具有较强亲缘关系的邻域性状差异。

3. 分子鉴定工具的效力

研究确认ITS序列在物种分辨率上有局限性,尤其是在某些群的近缘种中。相比之下,bena和cam序列在多数情况下可精确区分物种,推荐其作为物种分子标记。

4. 毒素研究

通过分析确认,Circumdati节内至少13种大量产生赭曲霉毒素A,包括A. steynii和A. westerdijkiae等;另有7种仅在痕量水平下产生毒素。


研究结论及意义

研究对Circumdati节的分类学修订为正确识别该节内物种及研究其生态和经济学应用提供了重要工具。通过引入综合分类方法(形态-化学-分子特性的结合),明确物种间的系统演化关系,同时阐明了其化学特性。这对于管控与这些真菌相关的食品安全及医疗问题具有直接应用价值。

从科学意义上,该研究确立了类型真菌作为生物多样性和生态毒理研究的重要模型,进一步证实了多相分类法在真菌学研究中的适用性。在应用方面,明确赭曲霉毒素的关键生产者将有助于农业和食品工业减少霉菌污染。


研究亮点

  1. 提出并分类了7个新种,为这一节增加了分类学新知识;
  2. 系统性测试了ITS、bena与cam三种序列的物种分辨能力;
  3. 提供了基于DNA序列与化学特性的多相分类方法;
  4. 准确确定了赭曲霉毒素的主要生产者,为食品安全研究提供基础支持。

总结而言,本研究在真菌分类学、应用微生物学及食品安全等领域均具有重要影响,其提供的物种分类框架和实验方法为后续研究打开了重要路径。

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