在世界各地的微生物群落中發(fā)現(xiàn)，曲霉屬真菌是病原體，分解者和生物技術(shù)重要酶的重要來源。已知每種曲霉屬物種含有250多種碳水化合物活性酶(CAzymes)，這些酶分解植物細胞壁，并且是能源部(DOE)研究人員感興趣的，他們使用候選生物能源原料作物從事可持續(xù)替代燃料的工業(yè)生產(chǎn)。此外，每種真菌物種被認為含有40多種次級代謝物，小分子有可能充當(dāng)生物燃料和化學(xué)中間體。

在上周公布的2018年1月8，超前研究中的美國國家科學(xué)院論文集，在丹麥技術(shù)大學(xué)(DTU)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，美國能源部聯(lián)合基因組研究所(JGI)，一個能源部辦公室由勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)用戶設(shè)施和能源部聯(lián)合生物能源研究所(JBEI)報告了對300種曲霉菌真菌基因組進行測序，注釋和分析的長期計劃的第一批結(jié)果。這些發(fā)現(xiàn)證明了功能性地注釋基因組的新方法的概念，以便更快地鑒定感興趣的基因。

“這是對300多種曲霉屬物種進行大規(guī)模測序的第一個結(jié)果，”該研究的共同作者，JGI真菌基因組計劃負責(zé)人Igor Grigoriev說。“隨著JGI向功能基因組學(xué)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，本研究闡述了幾種基因功能注釋的新方法。許多方法依賴于實驗并通過基因通過個體基因組進行基因分析。使用曲霉菌，我們對許多密切相關(guān)的基因組進行測序，以突出和比較基因組之間的差異。對具有不同代謝特征的密切相關(guān)物種進行比較分析可能會導(dǎo)致相對較少數(shù)量的物種特異性次生代謝基因簇映射到相對少量的獨特代謝物。

在該研究中，該團隊測序并注釋了6 種曲霉菌種; 使用Pacific Biosciences平臺對4個進行測序，產(chǎn)生非常高質(zhì)量的基因組裝配，可用作未來比較基因組學(xué)分析的參考菌株。涉及這些基因組和比較分析其它曲霉 genomes- 其中幾個由JGI進行測序 -was然后進行，允許團隊來識別感興趣的次級代謝物生物合成基因簇。

“我們發(fā)現(xiàn)這里有趣的事情之一就是我們所看到的物種的多樣性 - 我們挑選了四種遠程相關(guān)的物種，”研究資深作者，DTU教授Mikael R. Andersen說。“由于這種多樣性也帶來了化學(xué)多樣性，因此我們能夠為一些非常不同類型的化合物找到候選基因。這是基于第一作者Inge Kjaerboelling開發(fā)的一種新的分析方法。此外，我們還展示了如何通過對已知產(chǎn)生該化合物的物種的其他基因組進行測序來固化所述給定化合物的預(yù)測。通過尋找在所有生產(chǎn)物種中發(fā)現(xiàn)的基因，我們可以優(yōu)雅地確定基因。“

研究報告的共同作者Scott Baker，環(huán)境分子科學(xué)實驗室的真菌研究員，美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室位于太平洋西北國家實驗室，是JBEI解構(gòu)部門的成員，解釋了為什么找到不同化合物的候選基因很重要。“次級代謝產(chǎn)物非常重要，因為它們代表了生物合成分子生物合成，生物燃料前體或生物產(chǎn)品等有趣而新穎的化學(xué)反應(yīng)，”他說。“盡管確定純化的次級代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)是一項重大的工作，但它通常相對簡單。然而，將這些分子連接到它們的生物合成途徑可能非常具有挑戰(zhàn)性。我們表明，使用比較基因組學(xué)可以有效地導(dǎo)致對生物合成途徑中涉及的基因簇的合理預(yù)測。“

Mycocosm中的曲霉菌

格里戈里耶夫補充說，到今天為止，約30 曲霉基因組已經(jīng)公布，另外25個基因組是公開可從JGI真菌基因組門戶Mycocosm在genome.jgi.doe.gov/Aspergillus，和超過100個基因組被測序和分析。

隨著JGI繼續(xù)實施其戰(zhàn)略計劃，即進化為更具功能性基因組學(xué)功能的用戶設(shè)施，將基因組序列，表達，計算和代謝分析以及生化信息整合到與DOE任務(wù)相關(guān)的更完整的生物學(xué)圖像中，像這樣的設(shè)施和跨學(xué)科的努力將變得更加重要。表征次級代謝物的特性和作用以及它們產(chǎn)生所必需的基因?qū)τ谶@一努力至關(guān)重要，并且可以提供潛在的工具來提高將頑固生物質(zhì)加工成生物燃料和生物產(chǎn)品的前體的能力。