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作者及研究机构

该研究由Xin Zhou、Sarah A. Ahmed、Chao Tang等多名作者共同完成，主要研究机构包括荷兰奈梅亨大学医学中心真菌学研究中心、中山大学第三附属医院皮肤科、巴西巴拉那联邦大学生物工艺工程与生物技术系等。该研究于2023年发表在IMA Fungus期刊上。

学术背景

本研究的主要科学领域为真菌学，特别是皮肤癣菌（dermatophytes）的进化与宿主适应性。Microsporum canis复合体包括一种嗜动物性（zoophilic）物种M. canis和两种嗜人性（anthropophilic）物种M. audouinii和M. ferrugineum，这些物种是全球范围内引起猫和人类皮肤癣菌病（dermatophytosis）的主要病原体。尽管这些物种在表型和生态学上存在显著差异，但它们之间的性繁殖证据表明它们之间存在密切联系。本研究旨在通过系统发育分析、种群结构分析、多物种溯祖分析（multispecies coalescent analyses）、交配型分布（mat idiomorph distribution）测定、有性杂交实验以及宏观形态和理化特征研究，阐明这三个物种之间的进化关系，并探索潜在的宿主转移过程。

研究流程

研究流程包括以下几个主要步骤：

1. 菌株收集与分子研究
   研究收集了183株来自不同地区的M. canis、M. audouinii和M. ferrugineum菌株，这些菌株分别来自患者和动物的皮肤癣菌病样本。通过快速DNA提取方法从这些菌株中提取DNA，并使用多种引物对ITS、β-tubulin II、tef-1α、topi、topii和60s L10等基因区域进行扩增。PCR产物经过纯化后，使用SnapGene软件进行序列拼接，并使用Clustal Omega进行多序列比对。

2. 系统发育分析
   使用最大似然法（Maximum Likelihood, ML）构建单基因和多基因拼接的系统发育树，分析M. canis复合体的系统发育关系。通过R软件包phylogram/dendextend可视化各基因区域的进化树，并使用Tracer软件评估模型的收敛性。

3. 单倍型网络分析
   基于多基因拼接序列，使用DnaSP软件进行核苷酸多态性分析，并通过Tajima’s D和Fu’s Fs中性检验分析种群扩张。使用PopArt软件构建单倍型网络图，分析不同物种和宿主来源的基因型分布。

4. 多物种溯祖分析
   使用BEAST软件进行多物种溯祖分析（Multispecies Coalescent, MSC），基于6个基因区域的数据，推断M. canis复合体的物种界限。通过TreeAnnotator和DensiTree软件生成进化树，并显示分支的后验概率支持。

5. 表型与生理学研究
   菌株在PDA培养基上培养14-21天后，记录菌落形态、颜色和生长速率。通过Tween-80不透明性测试、角蛋白酶活性测试、尿素水解测试和DNA酶活性测试，评估不同菌株的理化特性。此外，研究还观察了菌株对儿童头发的破坏程度，并记录了不同温度下的生长速率和宏孢子（macroconidia）的形态特征。

6. 交配型测定与有性杂交实验
   使用特定引物对菌株的交配型（mat idiomorph）进行测定，并在尼日尔种子琼脂和燕麦琼脂上进行有性杂交实验，观察假囊壳（pseudocleistothecia）的形成情况。

主要结果

1. 系统发育与单倍型分析
   系统发育分析显示，M. canis复合体分为三个主要分支，分别对应M. canis、M. audouinii和M. ferrugineum。单倍型网络分析识别出12种单倍型，其中M. canis包含7种，M. audouinii包含4种，M. ferrugineum仅有一种单倍型。M. canis的单倍型Hap1是主要的基因型，广泛分布于欧洲、亚洲、美洲和非洲。

2. 多物种溯祖分析
   多物种溯祖分析进一步确认了M. ferrugineum作为一个独立的分类实体，而M. canis和M. audouinii则在同一分支内。交配型测定显示，M. canis菌株均为mat1-1型，而M. audouinii和M. ferrugineum菌株均为mat1-2型。

3. 表型与生理学特性
   M. canis菌株的生长速率、角蛋白酶活性和尿素水解能力均高于M. audouinii和M. ferrugineum菌株。M. ferrugineum的DNA酶活性最强，显著高于M. canis。在22°C下，M. canis菌株的宏孢子形态特征显著优于28°C下的表现。

4. 有性杂交实验
   有性杂交实验显示，M. canis和M. audouinii之间可以形成假囊壳，但未观察到成熟的子囊孢子。

结论

本研究通过系统发育、种群遗传和多物种溯祖分析，明确区分了M. canis复合体中的三个物种，并揭示了它们从嗜动物性向嗜人性宿主转移的进化过程。M. canis（mat1-1）仍然是主要的种群，具有较高的毒力，尚未完全适应人类宿主；而M. audouinii（mat1-2）和M. ferrugineum（mat1-2）则在人类中广泛传播，生长缓慢，逐渐失去孢子形成能力，脂解和角蛋白酶活性较低，但DNA水解能力增强。M. audouinii在各方面处于中间状态，而M. ferrugineum是变异最少的物种。

研究亮点

1. 通过多基因系统发育和单倍型网络分析，首次全面揭示了M. canis复合体的遗传结构和进化关系。
2. 通过多物种溯祖分析，明确了M. ferrugineum作为一个独立分类实体的地位。
3. 通过交配型测定和有性杂交实验，揭示了M. canis复合体中不同物种的性繁殖能力及其与宿主适应的关系。
4. 通过表型和生理学研究，阐明了M. canis复合体在宿主转移过程中理化特性的变化，特别是脂解、角蛋白酶和DNA酶活性的差异。

研究意义

本研究不仅为M. canis复合体的分类和进化提供了新的分子证据，还为理解皮肤癣菌的宿主适应性机制提供了重要线索。研究结果对于开发针对皮肤癣菌病的诊断方法和治疗策略具有重要的应用价值。此外，本研究还为真菌的性繁殖和宿主转移研究提供了新的思路和方法。