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，簡直就是藝術(shù)品！”荷蘭皇家科學院Westerdijk真菌研究所所長Pedro Crous在最近的一封郵件中向中科院微生物所（以下簡稱微生物所）副研究員王雪薇寫道。
Crous所指的“大作”是近日王雪薇發(fā)表于《真菌學研究》的一項研究，其中展示了形態(tài)各異的毛殼科真菌，包括多個嗜熱種。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)存在的錯亂和缺陷。給這些漂亮的“小家伙們”找到家，就成了她過去近十年最大的心愿。
“用工作建立信任 ”
2013年，已準備好赴美公派訪學的微生物所博士王雪薇收到一封“意外”來信：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）時任主任Crous邀請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)，這是她的夢想。
做博士畢業(yè)論文期間，王雪薇在分離土壤真菌樣本過程中，發(fā)現(xiàn)讓她“眼前一亮”的毛殼菌。它們不僅漂亮，而且應用潛力巨大，她的研究興趣油然而生。
但毛殼科分類學仍存在不容忽視的問題——根據(jù)形態(tài)分類的主觀人為性；專注于無性繁殖的片面性。
“毛殼菌科下有屬，屬下有種。最早的形態(tài)分類認為附屬毛長得相似就是‘一家人’，但這種表面特征具有很大的迷惑性。”王雪薇對《中國科學報》說。
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；而子囊果無孔無毛，或毛不發(fā)達的種都歸入梭孢殼屬，導致這二者成為當時科內(nèi)最大的兩個屬。上世紀90年代基因測序技術(shù)的普及對此提出了挑戰(zhàn)。
同時，自1817年第一個種——球毛殼被發(fā)現(xiàn)起，陸續(xù)有400多個種被描述，至少8部形態(tài)分類專著出版，但無一例外，都僅專注于有性繁殖種。分子證據(jù)證明，至少有7個無性繁殖屬是毛殼科成員，但它們在科內(nèi)的位置及其與有性繁殖種間關(guān)系不明。
正當做完博士畢業(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，看到她研究論文的Crous送來了“一場及時雨”。
CBS建立了全球最大、最完整的毛殼科真菌資源庫。早在上世紀80年代，Crous就意識到形態(tài)分類存在問題，并在全球?qū)ふ医鉀Q這一問題的人，一直未果。
一個名不見經(jīng)傳的中國年輕人能擔當?shù)闷疬@個重任嗎？
對此，荷蘭真菌研究所的態(tài)度一開始是打折扣的。最初他們邀請加拿大的毛殼科專家Adrian Carter團隊與王雪薇一起合作解決這一難題，卻被對方以“資歷不對等”一口回絕。因為尚未建立完全的信任，該所未將保藏的菌種拿出來，只是允許王雪薇進入菌種DNA庫。
“作為一個中國人，我一定要爭口氣，把它做出來。”王雪薇想。她沒有沮喪，反而另辟蹊徑，走出一條捷徑。
根據(jù)在國內(nèi)積累的經(jīng)驗，王雪薇找出所有相關(guān)菌株的DNA，開始了測序工作。四個月后，在CBS的一棟兩層科研樓里，一張張A3紙黏起來的基因系統(tǒng)發(fā)育樹從二樓鋪到了一樓—— 一棵碩大的毛殼科真菌的“家譜樹”建成了。它清晰地顯示出形態(tài)分類系統(tǒng)的錯誤和存在的問題。
這讓Crous等專家特別興奮。經(jīng)過討論，王雪薇開始利用實物資源進行模式菌株（一個種首個被發(fā)現(xiàn)和描述的代表性菌株）的研究。在公派訪學一年即將結(jié)束時，CBS又“自掏腰包”，請她接著做來自全球不同國家室內(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)歷時笑言，一開始的“不被信任”反而讓她走對了路子，否則從一個個菌種做起來反而沒有那么快。
歸國后，王雪薇在分類學方面的基礎(chǔ)研究也得到了微生物所和真菌學國家重點實驗室的大力支持。“只要下定決心一步步把工作做實在，就一定能得到認可。”她說。
王雪薇在實驗室。 受訪者供圖
幫“毛孩子”找到“家”
利用近10年的時間，王雪薇和團隊對CBS保存的來自全球各地的一千多株菌進行了系統(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)的錯誤，幫這些“毛孩子們”認清了“家門”。
“這項工作就像整理一座混亂的圖書館，了解每本書籍的內(nèi)容，為每本書找到合適的位置，方便后人取閱。”王雪薇比喻說。
傳統(tǒng)的形態(tài)分類系統(tǒng)包括20個屬，而且無法反映種屬間的進化關(guān)系。王雪薇研究團隊建立的毛殼科現(xiàn)代分類系統(tǒng)包含50個屬，其中23個屬是她們團隊建立的。她們同時對科內(nèi)15個已知屬進行了重新定義或修訂，并建立了1個新科——柄孢殼科。
例如，研究證明原來依據(jù)形態(tài)被納入毛殼屬的種，實際上分散在22個彼此不相關(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)系很遠的黑孢殼目，是一個真菌寄生種。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個屬及毛殼科的姊妹群柄孢殼科內(nèi)的一個屬。
研究將無性繁殖的7個屬納入毛殼科，澄清了科內(nèi)無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”，認為該科是一個單系群（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個單系屬至少在2700萬年前就分化形成。其中的嗜熱種分別屬于7個不同的屬，至少在3000萬年前就與非嗜熱種分離，形成了獨立譜系。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個種，其中最常見的室內(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）。
這些研究結(jié)果顛覆了已被沿用近200年的形態(tài)學分類系統(tǒng)，建立了趨于自然，能夠反映不同屬、種間進化關(guān)系的毛殼科現(xiàn)代分類系統(tǒng)，先后發(fā)表于《真菌學研究》等期刊。
自荷蘭微生物菌種保藏中心真菌學家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，該科分類學研究幾乎停滯，近30年間僅發(fā)表新屬4個，新種十余個。王雪薇和合作者的研究激活了毛殼科的現(xiàn)代分類學研究，僅2018~2021年間國外其他研究者就建立新屬6個。
這些研究讓王雪薇得到了該領(lǐng)域國內(nèi)外的認可。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“欲罷不能”，甚至在審稿時48小時就給出了對論文的審稿意見。
“這一系列高水平文章，在世界范圍內(nèi)展現(xiàn)出對毛殼菌科這樣一類兼具理論和廣泛應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。”中科院院士莊問穎評價說，研究團隊以持之以恒、勇于探索、堅韌不拔的科學精神向真菌學界證明，“世上無難事，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“認門”，王雪薇還熱衷于給“毛孩子們”拍美圖。她對毛殼科近200個種進行了重新描述，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；因為子囊形成后很快會消解，絕大多數(shù)研究只描述子囊而鮮見其照片，她跟蹤觀察了子囊果的發(fā)育過程后找出子囊果剛剛形成的階段來抓拍子囊……
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出現(xiàn)斷崖式下降。
“真菌中嗜熱種類不多，目前不超多30個，大部分恰恰都在毛殼科里。”王雪薇說，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)定酶的重要儲備庫。”
毛殼菌也是纖維素酶和生物活性代謝產(chǎn)物的資源庫。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、抗細菌、細胞毒性、酶抑制劑等生物活性。
毛殼菌還是常見的室內(nèi)污染真菌，可引起過敏等健康問題，少數(shù)種可直接侵染免疫健全人的表層組織，個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，她建議加強傳統(tǒng)分類學的民眾參與程度。比如CBS等西方科學機構(gòu)為促進真菌分類學研究提出的民眾科研項目，鼓勵全國不同的家庭采集土樣郵寄給科研院所進行檢測，如果分離出新種將由參與者為其命名， 不僅促進了新物種的發(fā)展，還普及了真菌知識，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
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