可移动元件搭乘“星舰”横越真菌基因组

真菌DNA搭便车如何重塑生命

攻击植物和昆虫的真菌由不断变化的基因组驱动。本研究揭示了一种令人意外的方式：大型遗传载体（绰号“星舰”）使得可移动DNA片段在物种间“搭便车”传播。通过携带成批新的移动元件，星舰能够迅速重连真菌染色体，甚至削弱病原体的感染能力，这对农业、生物防治以及我们对进化的宏观理解都有重要影响。

隐藏在真菌基因组中的乘客

所有复杂生物都携带大量可移动的DNA片段，称为可转座元件，它们可以复制粘贴或剪切粘贴到基因组不同位置。大多数通常处于沉默状态，但一旦活跃起来，就能重排染色体、改变基因的开启方式，既能助力物种适应，也可能导致功能紊乱。真菌研究中的另一个新发现是“星舰”：一段巨大的DNA序列能在物种间水平移动，并常携带有用的货舱基因。作者提出疑问：星舰是否也能作为转座元件的渡运工具，帮助这些基因搭便车进入新的真菌宿主？

一种生物防治真菌的剧烈基因组震荡

研究团队首先集中研究两株近缘的昆虫杀手真菌Metarhizium anisopliae，这种真菌被广泛用于控制家畜蜱和农作物害虫。利用高精度长读长测序，他们几乎组装到了染色体级别。名为NE的一株比其近亲E6具有更多染色体并且可转座DNA含量超过三倍。当研究者将两株的染色体比对时，发现NE的基因组被大规模重排：来自不同染色体的片段断开并以新组合重新连接，产生数十处主要断点。许多断点恰好位于三类特定移动DNA家族旁，提示这些元件的活性可能促成了基因组的断裂与重新缝合。

星舰带来一波移动DNA

深入分析显示，那三类可转座元件——Helitrons、hAT‑Restless 和 Mutator——在NE基因组中的拷贝几乎完全相同，表明它们是近期扩散的。系统发育分析表明，这些元件与其它Metarhizium物种中的对应序列关系更近，而非与NE中较老的元件更相似，指向最近自外部的引入。关键的是，NE中一个巨大的星舰s00261 携带了这些元件的多个拷贝以及数十个其他转座子。数百个几乎相同的乘客元件拷贝已扩散至NE的各条染色体。统计比较显示，位于该星舰上的元件比基因组其他位置的类似元件更有可能大量增殖，强烈暗示该星舰引入了这些元件并触发了一次全基因组范围的扩张。

从基因组混乱到失去感染性

这些遗传“烟火”带来了现实世界的后果。将NE与E6两株在牛蜱上的致死性进行测试时，E6能有效杀死寄生虫，而NE的致死性并不高于对照处理。对早期感染阶段分泌的酶的测定显示，NE分泌多种参与消化昆虫角质层的关键蛋白明显减少。蛋白质组分析证实，数百种分泌蛋白在两株间丰度存在差异。在若干显著案例中，重要酶的基因被附近的转座元件或断点移动或破坏；例如，一种与毒力相关的主要蛋白酶基因和一个毒素合成基因簇的部分在新插入发生处被重新定位或部分丢失。作者认为，星舰驱动的一波移动DNA重排了调控邻域和基因簇，促成了NE致病性能的丧失。

星舰作为真菌间移动DNA的穿梭器

为判断这是否为孤例或普遍现象，团队利用公共数据库调查了来自164个真菌物种的561个星舰。四分之三的这类巨型元素携带可识别的可转座元件，在许多情况下，星舰片段中包含的移动DNA比周围基因组区域更多。在超过三分之一的被检物种中，至少有一个位于星舰上的元件在同一基因组的其他位置存在相同或近乎相同的拷贝，表明最近在星舰与宿主染色体间发生过移动。更引人注目的是，大约每八个星舰中就有一个包含与其他物种星舰上元件完全匹配的序列，尤其在Aspergillus、Metarhizium 与 Pyricularia 等属内更为常见。在这些类群中进行的详细进化学测试显示，许多共享元件的分布与物种系统发育不一致，且相似性远超普通遗传所能解释——这是水平转移的典型特征。

对进化与生物防治的意义

综合来看，这项工作将星舰描绘为真菌中可移动DNA的主要穿梭器。通过将活跃的可转座元件携带跨物种并播撒出新一轮插入，星舰可以迅速重排基因组、改变毒力性状，甚至可能促成新物种的起始，使其无法与祖先发生重组。对农业和生物防治而言，这意味着像Metarhizium这样的真菌制剂可能出现突变式进化，当星舰“停靠”触发基因组连锁反应时，期望的性状有时会丧失。更广泛地说，该研究表明在微生物世界中，进化不仅仅是缓慢的突变累积，也涉及基因——以及整套可移动的武器库——搭乘巨型DNA“星舰”远行的过程。

引用: Griem-Krey, H., de Fraga Sant’Ana, J., Oggenfuss, U. et al. Transposable elements hitchhike on Starships across fungal genomes. Nat Commun 17, 2634 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69410-3

关键词: 可移动元件, 星舰元件, 真菌基因组, 水平基因转移, 基因组重排