Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Xuemei Niu (Laboratorio statale per la conservazione e l'utilizzo delle biorisorse nello Yunnan, Università dello Yunnan) lavora dal 2007 alla scoperta di metaboliti secondari nei funghi termofili e delle loro attività biologiche e funzioni naturali.

All'inizio del 2010, il team ha riferito che un fungo termofilo predominante Thermomyces dupontii ha prodotto una nuova classe di alcaloidi indolici prenilati (PIA), con le sorprendenti caratteristiche strutturali di un presunto precursore versatile chiave che è stato a lungo proposto per i ben noti PIA complessi in funghi mesofili.

Nel loro ultimo studio pubblicato sulla rivista Mycology , il team ha cercato di determinare il motivo per cui T. dupontii ha prodotto una tale classe di PIA. Miravano a due geni P450 nel cluster genetico responsabile dei PIA, perché il P450 può modificare e trasformare metaboliti secondari per generare metaboliti diversi e complessi.

Inoltre, l'importanza ecologica dei geni P450 è ancora poco conosciuta. Inaspettatamente, l'analisi bioinformatica ha indicato che uno dei geni P450 è un gene di fusione unico P450L che codifica due domini funzionali che erano codificati separatamente da due geni indipendenti in altri funghi.

Hanno creato un sistema termofilo CRISPR/Cas9 e hanno costruito due carenze mutanti in due geni P450. Il team ha eseguito analisi metaboliche e indagini chimiche dettagliate e ha scoperto che due geni P450 hanno multifunzioni nella formazione di chelanti del ferro semplici derivati ​​​​da PIA, nel rafforzamento di PIA semplici in PIA complessi e nella produzione di chelanti del ferro efficaci. Sorprendentemente, hanno osservato che il gene di fusione P450L ha un ruolo aggiuntivo nella formazione di chelanti del ferro più complessi derivati ​​da nuovi PIA complessi.

I ricercatori hanno anche valutato i livelli di ferro nei mutanti e hanno scoperto che le modifiche del metabolita mediato dal P450 erano coinvolte nell'aumento del Fe ²⁺ livelli ma attenuando Fe ³⁺ livelli, portando così a rapporti elevati di Fe ²⁺ /Fe ³⁺ nel fungo termofilo sotto stress da freddo, che regolava il contenuto mitocondriale e la formazione di lipidi nei miceli e contribuiva alla formazione di conidiofori forti e robusti, facilitando così la sopravvivenza dei conidi dei funghi termofili sotto stress da freddo.

Essendo uno dei fattori fisici fondamentali e limitanti dell'ambiente, la temperatura gioca un ruolo molto importante e addirittura decisivo nella sopravvivenza e nella distribuzione degli organismi sulla superficie terrestre. Con l'intensificarsi dei cambiamenti climatici estremi globali, la ricerca sull'adattamento e sulla lotta al cambiamento della temperatura ha attirato sempre più attenzione.

I risultati di questo studio potrebbero spiegare perché le specie Thermomyces con un genoma ampio e ridotto possono sopravvivere nella biosfera dove le temperature sono spesso inferiori a quelle di crescita. Suggeriscono che il fungo non ha bisogno di molti geni biosintetici fondamentali per famiglie distinte di metaboliti, le modifiche strutturali mediate da P450 possono soddisfare le esigenze di tolleranza dei funghi alle basse temperature e capacità di sopravvivenza.

"Questo studio incoraggerà gli scienziati che lavorano sulla diversità strutturale a scoprire le funzioni naturali di modificazione dei geni e a rivelare tutti i segreti molecolari sconosciuti della diversità chimica", ha affermato il prof. Niu.