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“世界屋脊”上的真菌“猎人”

时间:2018/8/28 1:20:00

  核心提示:姚一建(左)和普布多吉在西藏墨脱采集样本途中。“别人可能在你不知道的情况下,抓一把土就把其中的微生物资源拿回去利用。”近日,在接受记者采访时,中科院院士庄文颖如是说。了解我国微生物资源的家底,这正是青...

姚一建(左)和普布多吉在西藏墨脱采集样本途中。


“别人可能在你不知道的情况下,抓一把土就把其中的微生物资源拿回去利用。”近日,在接受记者采访时,中科院院士庄文颖如是说。

了解我国微生物资源的家底,这正是青藏高原特色微生物资源与多样性调查研究项目的目标。

过去5年里,在该项目支持下,西藏、青海、新疆、甘肃、四川、云南——青藏高原上这6个省区留下了一群真菌“猎人”的足迹。他们克服高原反应和各种挑战,在 “世界屋脊”上采集到了19000余份菌物标本,挖掘出许多小菌种中潜藏的大价值。

这一高原微生物调查研究项目由中科院微生物所承担,中科院青藏高原所、吉林农业大学、西藏自治区高原生物研究所(以下简称西高所)、福建省农科院等共同参与。“研究旨在揭示微生物资源总体情况,整合相关资源的收集、保藏、多样性研究和共享利用。”微生物所研究员、中国菌物标本馆馆长姚一建介绍。

“天然实验场”

证明冬虫夏草为青藏高原及周边地区所特有,中国占其总资源的94.6%;青藏高原是真贝酵母的真正起源地。

青藏高原由于板块碰撞造成的海拔急剧提升极大地促进了生物的演化。“这里是研究生物多样性的天然实验场。”微生物所真菌学国家重点实验室研究员蔡磊说。从2012年4月到2017年3月,合作团队先后有23支考察队195人次对青藏高原6省区的142个市县开展考察,其中羌塘、阿里和可可西里地区24个县为首次进行微生物资源调查,共采集标本约19100份,并对数十种特色菌种作了系统分析。

冬虫夏草是青藏高原特有的珍稀药用菌,但该菌的起源与演化历史一直不清晰。研究团队考察分析后认为,冬虫夏草是青藏高原及周边地区所特有的。“中国占其总资源的94.6%,主要分布在青海、西藏、四川、甘肃、云南、宁夏、贵州、陕西等地;而尼泊尔、印度、不丹、缅甸的分布总量加起来为5.4%。”姚一建介绍。

研究还预测,冬虫夏草的生境将会随气候变化发生迁移,海拔上升、面积缩小。“到2070年,全球范围内的冬虫夏草生境可能会消失37%左右。”姚一建说。冬虫夏草目前是国家二级保护物种,但其在我国相关分布区域仅有约15%处于国家自然保护区内,大范围的民间采集严重损害了其种群数量。他希望未来能进一步采取保护措施。

拉格啤酒是全球生产和消费量最大的酒精饮料,其发酵菌——拉格啤酒酵母由酿酒酵母与真贝酵母野生种杂交而成。研究团队证明,青藏高原是真贝酵母的真正起源地,这打破了欧美学者提出的它起源于南美洲阿根廷巴塔哥尼亚高原的假说。“亚欧大陆是一个大板块,通过‘丝绸之路’开展的亚欧贸易比美欧跨大西洋贸易至少早1500多年,这些都支持来自青藏高原的菌种被从亚洲带到了欧洲的假说。”微生物所研究员白逢彦说。

此次调查还覆盖了青藏高原地区丰富的菌物多样性。采集的样本中约有地衣(真菌的一种)5600份,其中包括新发现的青藏高原地衣新目1个、新种28个。该所副研究员魏鑫丽介绍,目前已鉴别出青藏高原地衣物种1131种(占全国已知物种的38%),其中青藏高原特有物种53种。

“药物答案在自然界”

采集药用真菌菌株1000余株、药用真菌提取物2500多份,发现多个机制独特的重要药物先导。

在开展基础理论研究的同时,该实验室构建了国内首个青藏高原重要经济真菌活性产物资源库,采集药用真菌菌株1000余株、药用真菌提取物2500多份,发现多个机制独特的重要药物先导,并成功转让了猴头菌、杏鲍菇、白肉虎掌菌等相关专利和开发利用技术。

很多食药用真菌是宝贵的天然药物。受低温及各种恶劣自然环境的影响,青藏高原特性食用菌的成分丰富。“像灵芝、猴头菇等从古代就已开始被人们使用,但它们的药效物质成分却不清楚。”该所副研究员宝丽介绍。

研究团队阐明了药用真菌灵芝的药效物质基础,获得靶向肠道菌群的降糖、降脂的候选药物分子,并建立了产率高、工艺简单的合成路线,相关技术与专利转让达2000多万元;解析了猴头菇基因组,鉴定和揭示鸟巢烷二萜生物合成关键酶,发现二萜合酶新家族;从青藏高原金针菇中分离出43个新化合物,其中一些具有降压降脂和降糖功效。

西高所研究人员还从毛瓣绿绒蒿、喜马拉雅紫茉莉、长鞭红景天等近40种藏药材植物及其内生真菌中得到一系列抗肺结核结核菌酶以及抗肝癌细胞株、乳腺癌细胞株和肺癌细胞株等化合物。

“很多药物的答案在自然界,只有对生物资源进行梳理分析,才能了解其中蕴含的活性化合物,研究它的机理,后续再进一步开发。”庄文颖说。

守护真菌资源

50余年来,青藏高原采集标本数量达6万余份。研究团队已积累数万张各种真菌的照片,正在建设在线“虚拟博物馆”。

目前,中科院微生物所已建成亚洲最大菌物标本馆,囊括超52万份标本。姚一建介绍,其中“从上世纪60年代到现在50余年来,青藏高原采集标本数量达到6万余份,占馆藏标本量的10%以上”,有助于了解青藏高原真菌资源的多样性、起源、生态分布并进行开发利用。

它们蕴藏着几代真菌“猎人”的执着和心血。以魏江春、庄文颖两位院士为代表的老一代科学家,以姚一建、刘杏忠、郭良栋、白逢彦为代表的中坚力量和以蔡磊、刘宏伟、赵瑞琳等为代表的新一代青年科学家,构成了一支“接力队”,守护和记录着青藏高原的真菌资源。而且,研究团队从一开始便把人才培养作为核心目标,野外考察团队以青年科研人员和研究生为主,培养了20多名研究生和博士后,并为西藏地区培养相关专业人才4人。

研究团队还协助建设了依托于西高所的真菌重点实验室和高原真菌标本馆。“现在,高原标本馆馆藏标本已有3000多份。”研究参与者、西高所助理研究员普布多吉告诉记者。

微生物资源采集远非把标本带回来那么简单。科研人员白天要克服高原反应进行采集,晚上回到住处还要做标本整理、记录、拍摄、烘干等工作,连续作战到半夜或凌晨对他们来说是家常便饭。每一份珍贵的标本都凝聚着真菌“猎人”的辛勤汗水。

为了更好地进行科普和共享,微生物所除设立真菌展厅供公众参观访问之外,正在建设在线“虚拟博物馆”。“现已积累数万张各种真菌的照片,还在设计野外采集、识别软件,建成开放后将有助于激发公众对真菌的兴趣。”姚一建说。

作者:冯丽妃 来源:中国科学报
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