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“世界屋脊”上的真菌“獵人”

時間:2018/8/28 1:20:00

  核心提示:姚一建(左)和普布多吉在西藏墨脫采集樣本途中。“別人可能在你不知道的情況下,抓一把土就把其中的微生物資源拿回去利用。”近日,在接受記者采訪時,中科院院士莊文穎如是說。了解我國微生物資源的家底,這正是青...

姚一建(左)和普布多吉在西藏墨脫采集樣本途中。


“別人可能在你不知道的情況下,抓一把土就把其中的微生物資源拿回去利用。”近日,在接受記者采訪時,中科院院士莊文穎如是說。

了解我國微生物資源的家底,這正是青藏高原特色微生物資源與多樣性調查研究項目的目標。

過去5年里,在該項目支持下,西藏、青海、新疆、甘肅、四川、云南——青藏高原上這6個省區留下了一群真菌“獵人”的足跡。他們克服高原反應和各種挑戰,在 “世界屋脊”上采集到了19000余份菌物標本,挖掘出許多小菌種中潛藏的大價值。

這一高原微生物調查研究項目由中科院微生物所承擔,中科院青藏高原所、吉林農業大學、西藏自治區高原生物研究所(以下簡稱西高所)、福建省農科院等共同參與。“研究旨在揭示微生物資源總體情況,整合相關資源的收集、保藏、多樣性研究和共享利用。”微生物所研究員、中國菌物標本館館長姚一建介紹。

“天然實驗場”

證明冬蟲夏草為青藏高原及周邊地區所特有,中國占其總資源的94.6%;青藏高原是真貝酵母的真正起源地。

青藏高原由于板塊碰撞造成的海拔急劇提升極大地促進了生物的演化。“這里是研究生物多樣性的天然實驗場。”微生物所真菌學國家重點實驗室研究員蔡磊說。從2012年4月到2017年3月,合作團隊先后有23支考察隊195人次對青藏高原6省區的142個市縣開展考察,其中羌塘、阿里和可可西里地區24個縣為首次進行微生物資源調查,共采集標本約19100份,并對數十種特色菌種作了系統分析。

冬蟲夏草是青藏高原特有的珍稀藥用菌,但該菌的起源與演化歷史一直不清晰。研究團隊考察分析后認為,冬蟲夏草是青藏高原及周邊地區所特有的。“中國占其總資源的94.6%,主要分布在青海、西藏、四川、甘肅、云南、寧夏、貴州、陜西等地;而尼泊爾、印度、不丹、緬甸的分布總量加起來為5.4%。”姚一建介紹。

研究還預測,冬蟲夏草的生境將會隨氣候變化發生遷移,海拔上升、面積縮小。“到2070年,全球范圍內的冬蟲夏草生境可能會消失37%左右。”姚一建說。冬蟲夏草目前是國家二級保護物種,但其在我國相關分布區域僅有約15%處于國家自然保護區內,大范圍的民間采集嚴重損害了其種群數量。他希望未來能進一步采取保護措施。

拉格啤酒是全球生產和消費量最大的酒精飲料,其發酵菌——拉格啤酒酵母由釀酒酵母與真貝酵母野生種雜交而成。研究團隊證明,青藏高原是真貝酵母的真正起源地,這打破了歐美學者提出的它起源于南美洲阿根廷巴塔哥尼亞高原的假說。“亞歐大陸是一個大板塊,通過‘絲綢之路’開展的亞歐貿易比美歐跨大西洋貿易至少早1500多年,這些都支持來自青藏高原的菌種被從亞洲帶到了歐洲的假說。”微生物所研究員白逢彥說。

此次調查還覆蓋了青藏高原地區豐富的菌物多樣性。采集的樣本中約有地衣(真菌的一種)5600份,其中包括新發現的青藏高原地衣新目1個、新種28個。該所副研究員魏鑫麗介紹,目前已鑒別出青藏高原地衣物種1131種(占全國已知物種的38%),其中青藏高原特有物種53種。

“藥物答案在自然界”

采集藥用真菌菌株1000余株、藥用真菌提取物2500多份,發現多個機制獨特的重要藥物先導。

在開展基礎理論研究的同時,該實驗室構建了國內首個青藏高原重要經濟真菌活性產物資源庫,采集藥用真菌菌株1000余株、藥用真菌提取物2500多份,發現多個機制獨特的重要藥物先導,并成功轉讓了猴頭菌、杏鮑菇、白肉虎掌菌等相關專利和開發利用技術。

很多食藥用真菌是寶貴的天然藥物。受低溫及各種惡劣自然環境的影響,青藏高原特性食用菌的成分豐富。“像靈芝、猴頭菇等從古代就已開始被人們使用,但它們的藥效物質成分卻不清楚。”該所副研究員寶麗介紹。

研究團隊闡明了藥用真菌靈芝的藥效物質基礎,獲得靶向腸道菌群的降糖、降脂的候選藥物分子,并建立了產率高、工藝簡單的合成路線,相關技術與專利轉讓達2000多萬元;解析了猴頭菇基因組,鑒定和揭示鳥巢烷二萜生物合成關鍵酶,發現二萜合酶新家族;從青藏高原金針菇中分離出43個新化合物,其中一些具有降壓降脂和降糖功效。

西高所研究人員還從毛瓣綠絨蒿、喜馬拉雅紫茉莉、長鞭紅景天等近40種藏藥材植物及其內生真菌中得到一系列抗肺結核結核菌酶以及抗肝癌細胞株、乳腺癌細胞株和肺癌細胞株等化合物。

“很多藥物的答案在自然界,只有對生物資源進行梳理分析,才能了解其中蘊含的活性化合物,研究它的機理,后續再進一步開發。”莊文穎說。

守護真菌資源

50余年來,青藏高原采集標本數量達6萬余份。研究團隊已積累數萬張各種真菌的照片,正在建設在線“虛擬博物館”。

目前,中科院微生物所已建成亞洲最大菌物標本館,囊括超52萬份標本。姚一建介紹,其中“從上世紀60年代到現在50余年來,青藏高原采集標本數量達到6萬余份,占館藏標本量的10%以上”,有助于了解青藏高原真菌資源的多樣性、起源、生態分布并進行開發利用。

它們蘊藏著幾代真菌“獵人”的執著和心血。以魏江春、莊文穎兩位院士為代表的老一代科學家,以姚一建、劉杏忠、郭良棟、白逢彥為代表的中堅力量和以蔡磊、劉宏偉、趙瑞琳等為代表的新一代青年科學家,構成了一支“接力隊”,守護和記錄著青藏高原的真菌資源。而且,研究團隊從一開始便把人才培養作為核心目標,野外考察團隊以青年科研人員和研究生為主,培養了20多名研究生和博士后,并為西藏地區培養相關專業人才4人。

研究團隊還協助建設了依托于西高所的真菌重點實驗室和高原真菌標本館。“現在,高原標本館館藏標本已有3000多份。”研究參與者、西高所助理研究員普布多吉告訴記者。

微生物資源采集遠非把標本帶回來那么簡單。科研人員白天要克服高原反應進行采集,晚上回到住處還要做標本整理、記錄、拍攝、烘干等工作,連續作戰到半夜或凌晨對他們來說是家常便飯。每一份珍貴的標本都凝聚著真菌“獵人”的辛勤汗水。

為了更好地進行科普和共享,微生物所除設立真菌展廳供公眾參觀訪問之外,正在建設在線“虛擬博物館”。“現已積累數萬張各種真菌的照片,還在設計野外采集、識別軟件,建成開放后將有助于激發公眾對真菌的興趣。”姚一建說。

作者:馮麗妃 來源:中國科學報
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