半裸腐質(zhì)霉Humicola seminudaa 受訪者供圖

短枝橙冠毛殼Chrysocorona lucknowensis 受訪者供圖

“我正在拜讀您的大作，我很好奇您是如何做到讓這些真菌看上去如此美麗的，簡(jiǎn)直就是藝術(shù)品！”荷蘭皇家科學(xué)院Westerdijk真菌研究所所長(zhǎng)Pedro Crous在最近的一封郵件中向中科院微生物所（以下簡(jiǎn)稱微生物所）副研究員王雪薇寫(xiě)道。

Crous所指的“大作”是近日王雪薇發(fā)表于《真菌學(xué)研究》的一項(xiàng)研究，其中展示了形態(tài)各異的毛殼科真菌，包括多個(gè)嗜熱種。它們的孢子或圓或方或尖，被卷曲或舒展的茸毛包裹著，呈現(xiàn)出生物多樣性之美。

王雪薇對(duì)毛殼菌的研究始于其“高顏值”。隨著研究的深入，她逐漸發(fā)現(xiàn)該真菌的分類系統(tǒng)存在的錯(cuò)亂和缺陷。給這些漂亮的“小家伙們”找到家，就成了她過(guò)去近十年最大的心愿。

“用工作建立信任 ”

2013年，已準(zhǔn)備好赴美公派訪學(xué)的微生物所博士王雪薇收到一封“意外”來(lái)信：原荷蘭微生物菌種保藏中心（2016年左右改名為WesterdijK真菌研究所）時(shí)任主任Crous邀請(qǐng)她到該中心研究世界范圍內(nèi)的毛殼科真菌。

這讓王雪薇興奮不已。重建毛殼科真菌分類系統(tǒng)，這是她的夢(mèng)想。

做博士畢業(yè)論文期間，王雪薇在分離土壤真菌樣本過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)讓她“眼前一亮”的毛殼菌。它們不僅漂亮，而且應(yīng)用潛力巨大，她的研究興趣油然而生。

但毛殼科分類學(xué)仍存在不容忽視的問(wèn)題——根據(jù)形態(tài)分類的主觀人為性；專注于無(wú)性繁殖的片面性。

“毛殼菌科下有屬，屬下有種。最早的形態(tài)分類認(rèn)為附屬毛長(zhǎng)得相似就是‘一家人’，但這種表面特征具有很大的迷惑性。”王雪薇對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)。

根據(jù)這種分類法，子囊果有孔，且附屬毛發(fā)育良好的種全部歸入模式屬——毛殼屬；而子囊果無(wú)孔無(wú)毛，或毛不發(fā)達(dá)的種都?xì)w入梭孢殼屬，導(dǎo)致這二者成為當(dāng)時(shí)科內(nèi)最大的兩個(gè)屬。上世紀(jì)90年代基因測(cè)序技術(shù)的普及對(duì)此提出了挑戰(zhàn)。

同時(shí)，自1817年第一個(gè)種——球毛殼被發(fā)現(xiàn)起，陸續(xù)有400多個(gè)種被描述，至少8部形態(tài)分類專著出版，但無(wú)一例外，都僅專注于有性繁殖種。分子證據(jù)證明，至少有7個(gè)無(wú)性繁殖屬是毛殼科成員，但它們?cè)诳苾?nèi)的位置及其與有性繁殖種間關(guān)系不明。

正當(dāng)做完博士畢業(yè)論文的王雪薇苦于缺乏權(quán)威模式菌株而不得不轉(zhuǎn)變研究方向時(shí)，看到她研究論文的Crous送來(lái)了“一場(chǎng)及時(shí)雨”。

CBS建立了全球最大、最完整的毛殼科真菌資源庫(kù)。早在上世紀(jì)80年代，Crous就意識(shí)到形態(tài)分類存在問(wèn)題，并在全球?qū)ふ医鉀Q這一問(wèn)題的人，一直未果。

一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的中國(guó)年輕人能擔(dān)當(dāng)?shù)闷疬@個(gè)重任嗎？

對(duì)此，荷蘭真菌研究所的態(tài)度一開(kāi)始是打折扣的。最初他們邀請(qǐng)加拿大的毛殼科專家Adrian Carter團(tuán)隊(duì)與王雪薇一起合作解決這一難題，卻被對(duì)方以“資歷不對(duì)等”一口回絕。因?yàn)樯形唇⑼耆男湃?，該所未將保藏的菌種拿出來(lái)，只是允許王雪薇進(jìn)入菌種DNA庫(kù)。

“作為一個(gè)中國(guó)人，我一定要爭(zhēng)口氣，把它做出來(lái)。”王雪薇想。她沒(méi)有沮喪，反而另辟蹊徑，走出一條捷徑。

根據(jù)在國(guó)內(nèi)積累的經(jīng)驗(yàn)，王雪薇找出所有相關(guān)菌株的DNA，開(kāi)始了測(cè)序工作。四個(gè)月后，在CBS的一棟兩層科研樓里，一張張A3紙黏起來(lái)的基因系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)從二樓鋪到了一樓—— 一棵碩大的毛殼科真菌的“家譜樹(shù)”建成了。它清晰地顯示出形態(tài)分類系統(tǒng)的錯(cuò)誤和存在的問(wèn)題。

這讓Crous等專家特別興奮。經(jīng)過(guò)討論，王雪薇開(kāi)始利用實(shí)物資源進(jìn)行模式菌株（一個(gè)種首個(gè)被發(fā)現(xiàn)和描述的代表性菌株）的研究。在公派訪學(xué)一年即將結(jié)束時(shí)，CBS又“自掏腰包”，請(qǐng)她接著做來(lái)自全球不同國(guó)家室內(nèi)環(huán)境的毛殼菌。

“用自己的工作建立別人的信任是最牢靠的。”王雪薇回憶這段經(jīng)歷時(shí)笑言，一開(kāi)始的“不被信任”反而讓她走對(duì)了路子，否則從一個(gè)個(gè)菌種做起來(lái)反而沒(méi)有那么快。

歸國(guó)后，王雪薇在分類學(xué)方面的基礎(chǔ)研究也得到了微生物所和真菌學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。“只要下定決心一步步把工作做實(shí)在，就一定能得到認(rèn)可。”她說(shuō)。

王雪薇在實(shí)驗(yàn)室。 受訪者供圖

幫“毛孩子”找到“家”

利用近10年的時(shí)間，王雪薇和團(tuán)隊(duì)對(duì)CBS保存的來(lái)自全球各地的一千多株菌進(jìn)行了系統(tǒng)分析，采用多基因系統(tǒng)發(fā)育分析等綜合研究方法，他們一一糾正了傳統(tǒng)形態(tài)分類系統(tǒng)的錯(cuò)誤，幫這些“毛孩子們”認(rèn)清了“家門(mén)”。

“這項(xiàng)工作就像整理一座混亂的圖書(shū)館，了解每本書(shū)籍的內(nèi)容，為每本書(shū)找到合適的位置，方便后人取閱。”王雪薇比喻說(shuō)。

傳統(tǒng)的形態(tài)分類系統(tǒng)包括20個(gè)屬，而且無(wú)法反映種屬間的進(jìn)化關(guān)系。王雪薇研究團(tuán)隊(duì)建立的毛殼科現(xiàn)代分類系統(tǒng)包含50個(gè)屬，其中23個(gè)屬是她們團(tuán)隊(duì)建立的。她們同時(shí)對(duì)科內(nèi)15個(gè)已知屬進(jìn)行了重新定義或修訂，并建立了1個(gè)新科——柄孢殼科。

例如，研究證明原來(lái)依據(jù)形態(tài)被納入毛殼屬的種，實(shí)際上分散在22個(gè)彼此不相關(guān)的屬中。原梭孢殼屬的模式種——基生梭孢殼被證明屬于與毛殼科親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的黑孢殼目，是一個(gè)真菌寄生種。原梭孢殼屬內(nèi)的其他種都是腐生的，分別分散在毛殼科的11個(gè)屬及毛殼科的姊妹群柄孢殼科內(nèi)的一個(gè)屬。

研究將無(wú)性繁殖的7個(gè)屬納入毛殼科，澄清了科內(nèi)無(wú)性繁殖種和有性繁殖種間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,讓該科的真菌有了完整的生活史。

新建立的分類系統(tǒng)中還追蹤了毛殼科的“前世今生”，認(rèn)為該科是一個(gè)單系群（單元內(nèi)包含且僅包含毛殼科的共同祖先及其所有后代），科內(nèi)的50個(gè)單系屬至少在2700萬(wàn)年前就分化形成。其中的嗜熱種分別屬于7個(gè)不同的屬，至少在3000萬(wàn)年前就與非嗜熱種分離，形成了獨(dú)立譜系。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)全球室內(nèi)環(huán)境中毛殼科真菌的物種多樣性，包含33個(gè)種，其中最常見(jiàn)的室內(nèi)污染種為球毛殼（如室內(nèi)墻面或紙張受潮后留下的小黑點(diǎn)）。

這些研究結(jié)果顛覆了已被沿用近200年的形態(tài)學(xué)分類系統(tǒng)，建立了趨于自然，能夠反映不同屬、種間進(jìn)化關(guān)系的毛殼科現(xiàn)代分類系統(tǒng)，先后發(fā)表于《真菌學(xué)研究》等期刊。

自荷蘭微生物菌種保藏中心真菌學(xué)家von Arx 等1986年發(fā)表最后一部有關(guān)毛殼科的形態(tài)分類專著后，該科分類學(xué)研究幾乎停滯，近30年間僅發(fā)表新屬4個(gè)，新種十余個(gè)。王雪薇和合作者的研究激活了毛殼科的現(xiàn)代分類學(xué)研究，僅2018~2021年間國(guó)外其他研究者就建立新屬6個(gè)。

這些研究讓王雪薇得到了該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的認(rèn)可。曾經(jīng)拒絕與她合作的Carter也成為王雪薇的合作伙伴。他表示相關(guān)研究讀起來(lái)“欲罷不能”，甚至在審稿時(shí)48小時(shí)就給出了對(duì)論文的審稿意見(jiàn)。

“這一系列高水平文章，在世界范圍內(nèi)展現(xiàn)出對(duì)毛殼菌科這樣一類兼具理論和廣泛應(yīng)用前景真菌資源的系統(tǒng)發(fā)育研究，取得具有系統(tǒng)性和顯著創(chuàng)新性的可喜成果。”中科院院士莊問(wèn)穎評(píng)價(jià)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)以持之以恒、勇于探索、堅(jiān)韌不拔的科學(xué)精神向真菌學(xué)界證明，“世上無(wú)難事，只要肯攀登”。

黑頂毛枝霉Trichocladium acropullum 受訪者供圖

擬柔菊毛殼Chrysanthotrichum allolentum 受訪者供圖

    “美圖”助力資源挖掘

除了幫著“認(rèn)門(mén)”，王雪薇還熱衷于給“毛孩子們”拍美圖。她對(duì)毛殼科近200個(gè)種進(jìn)行了重新描述，并配以高質(zhì)量形態(tài)圖片，其中許多圖片曾連續(xù)數(shù)年登上CBS的圣誕卡和掛歷。

毛殼科真菌的子囊果形態(tài)各異，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，果內(nèi)形成束生的子囊包裹著孢子，孢子中還有芽孔。為了真實(shí)而完整展現(xiàn)毛殼菌的形態(tài)特征，王雪薇可謂絞盡腦汁。

為呈現(xiàn)立體效果，她會(huì)連續(xù)拍攝不同層位，最后疊加出立體照片；為拍出子囊果連毛帶孢子的完整清晰照片，她摸索出一種溫和加熱方式，讓真菌的毛在鏡頭下逐漸自然舒展；因?yàn)樽幽倚纬珊蠛芸鞎?huì)消解，絕大多數(shù)研究只描述子囊而鮮見(jiàn)其照片，她跟蹤觀察了子囊果的發(fā)育過(guò)程后找出子囊果剛剛形成的階段來(lái)抓拍子囊……

旋絲暗領(lǐng)毛殼Collariella bostrychodes 受訪者供圖

血色毛殼Chaetomium cruentum 受訪者供圖

王雪薇希望，這些美圖能夠幫助需要者依據(jù)形態(tài)快速識(shí)別毛殼科內(nèi)的相關(guān)種，趨利避害，助力資源挖掘。

據(jù)介紹，絕大部分真菌喜歡生活在25～30℃的常溫下。目前，工業(yè)真菌產(chǎn)生的纖維素酶也只能在常溫下保持高活性，工業(yè)生產(chǎn)中過(guò)程非常容易被其他真菌污染，而溫度稍高這些酶的活性就會(huì)出現(xiàn)斷崖式下降。

“真菌中嗜熱種類不多，目前不超多30個(gè)，大部分恰恰都在毛殼科里。”王雪薇說(shuō)，這些種所產(chǎn)的酶在50℃～70℃高溫下表現(xiàn)出最高酶活，是新型工業(yè)熱穩(wěn)定酶的重要儲(chǔ)備庫(kù)。”

毛殼菌也是纖維素酶和生物活性代謝產(chǎn)物的資源庫(kù)。迄今已發(fā)現(xiàn)科內(nèi)物種產(chǎn)生的不同結(jié)構(gòu)次生代謝產(chǎn)物有400多種，它們多數(shù)具有抗腫瘤、抗瘧疾、抗真菌、抗細(xì)菌、細(xì)胞毒性、酶抑制劑等生物活性。

毛殼菌還是常見(jiàn)的室內(nèi)污染真菌，可引起過(guò)敏等健康問(wèn)題，少數(shù)種可直接侵染免疫健全人的表層組織，個(gè)別種可侵入免疫缺陷病人的大腦中樞、肺等深層組織，引起致死性感染。其少數(shù)種被發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)生致癌的黃曲霉毒素前體——雜色曲霉素。

因此，王雪薇表示，毛殼菌將有助研制新一代酶制劑生產(chǎn)菌，提高人類生活品質(zhì)和提高生產(chǎn)效率。

采訪最后，她建議加強(qiáng)傳統(tǒng)分類學(xué)的民眾參與程度。比如CBS等西方科學(xué)機(jī)構(gòu)為促進(jìn)真菌分類學(xué)研究提出的民眾科研項(xiàng)目，鼓勵(lì)全國(guó)不同的家庭采集土樣郵寄給科研院所進(jìn)行檢測(cè)，如果分離出新種將由參與者為其命名，  不僅促進(jìn)了新物種的發(fā)展，還普及了真菌知識(shí)，一舉多得。

相關(guān)論文信息：

https://www.studiesinmycology.org/sim/Sim101/a1_sim_vol101_art3.pdf

https://doi.org/10.1016/j.simyco.2018.07.001

https://doi.org/10.1016/j.simyco.2019.08.002

https://doi.org/10.1016/j.simyco.2016.11.005

https://doi.org/10.3767/003158516X689657