如果沒有真菌和微生物來(lái)分解自然界中的死樹和落葉，森林地面可能看起來(lái)就像電視劇“囤積者”中的場(chǎng)景。

由美國(guó)能源部(DOE)支持并在美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(JGI)開展的大規(guī)?；蚪M測(cè)序項(xiàng)目突出了學(xué)習(xí)如何打破作為植物基礎(chǔ)設(shè)施的纖維素，半纖維素和木質(zhì)素的重要性通過(guò)這些森林生物來(lái)提取所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在所研究的真菌中，可以選擇性地分解細(xì)胞壁組分纖維素和木質(zhì)素 - 這是地球上最重要和最豐富的生物聚合物。

一個(gè)國(guó)際科學(xué)家小組對(duì)兩種白腐真菌進(jìn)行了比較基因組分析，這兩種白腐真菌的基因組是在社區(qū)的DOE JGI下生成和注釋的。測(cè)序程序(CSP)。真菌Phanaerochaete chrysosporium(由DOE JGI在2004年測(cè)序)及其近親Ceriporiopisis subvermispora生物能源研究人員對(duì)生物能源研究人員感興趣，因?yàn)樗麄儞碛心軌蚍纸庵参锷镔|(zhì)的酶，因此可用于加速生物燃料的生產(chǎn)。該研究揭示了涉及木質(zhì)纖維素降解的基因組之間存在顯著差異，進(jìn)一步深入了解了白腐病如何進(jìn)行骯臟工作的機(jī)制。

研究資深作者和DOE JGI合作者，美國(guó)農(nóng)業(yè)部林業(yè)局森林產(chǎn)品部的Dan Cullen說(shuō)：“我們有這么多人參與這個(gè)項(xiàng)目這一事實(shí)清楚地證明了對(duì)酶發(fā)現(xiàn)的興趣。”實(shí)驗(yàn)室(FPL)。“在這種特殊情況下，人們會(huì)更多地考慮白腐真菌在碳循環(huán)中的作用。木質(zhì)素是森林生態(tài)系統(tǒng)生物量中的一種頑固化合物，很少有真菌具有降解木質(zhì)素的能力。甚至更少的真菌具有以這種有效速率選擇性去除木質(zhì)素的能力。C. subvermispora是其能夠做到這一點(diǎn)的一個(gè)例外。“

Cullen和他的同事比較了真菌基因組，以了解更多關(guān)于C. subvermispora選擇性分解木質(zhì)素的能力的基礎(chǔ)。了解這種選擇性木質(zhì)素分解過(guò)程對(duì)紙漿和造紙工業(yè)來(lái)說(shuō)是長(zhǎng)期存在的興趣。據(jù)美國(guó)林紙協(xié)會(huì)稱，每年生產(chǎn)約1750億美元的紙漿和紙制林產(chǎn)品，占全國(guó)GDP的5%。

分析木材腐爛真菌的多樣性和參與木質(zhì)纖維素降解的編目酶是由Igor Grigoriev領(lǐng)導(dǎo)的DOE JGI真菌基因組計(jì)劃的目標(biāo)之一。“我們正在進(jìn)行20多種此類真菌的功能比較基因組學(xué)過(guò)程，這些真菌經(jīng)過(guò)測(cè)序或目前正在美國(guó)能源部JGI進(jìn)行測(cè)序，”他說(shuō)。“這應(yīng)該讓我們更好地了解真菌中木質(zhì)纖維素降解的多樣化和復(fù)雜機(jī)制，這些機(jī)制對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的影響，并最終導(dǎo)致生物制漿的改善。”

肯特柯克，前FPL研究員，被認(rèn)為是真菌木質(zhì)素降解研究的領(lǐng)軍人物，提供了當(dāng)前研究如何影響紙漿和造紙工業(yè)的觀點(diǎn)。“這源于明尼蘇達(dá)大學(xué)和FPL的基礎(chǔ)研究，他們應(yīng)用了'生物制漿'的概念 - 木質(zhì)素降解真菌對(duì)木材的部分腐爛，以減少機(jī)械制漿所需的能量。Cerioporiopsis subvermispora很快就成為了'biopulper'的選擇。“Kirk描述了用真菌處理木屑兩周后如何比未經(jīng)處理的芯片需要少30%的制漿能量，以及戶外試驗(yàn)如何在50噸規(guī)模上反復(fù)成功。“該技術(shù)尚未商業(yè)化采用，但隨著能源成本持續(xù)上升，應(yīng)該越來(lái)越有吸引力，”柯克說(shuō)。

通過(guò)研究共同作者Angel Martinez在西班牙馬德里西班牙國(guó)家研究委員會(huì)(CSIC)的研究小組進(jìn)行的詳細(xì)生化分析，研究人員發(fā)現(xiàn)C. subvermispora基因組中含有更多的錳過(guò)氧化物酶和漆酶 - 可以加速降解木質(zhì)素 - 比P. chrysosporium基因組。馬丁內(nèi)斯補(bǔ)充說(shuō)，他的小組的工作還揭示了其他木質(zhì)素降解酶的存在，這些酶以前在C. subvermispora培養(yǎng)物中沒有發(fā)現(xiàn)。

“由于Phanaerochaete沒有漆酶，它們對(duì)于木質(zhì)素降解并非絕對(duì)必要，”Cullen說(shuō)，“盡管可能它們非常重要并且在Ceriporiopisis中發(fā)揮作用。最有說(shuō)服力的部分是錳過(guò)氧化物酶的擴(kuò)增和表達(dá)，其在木質(zhì)素降解中的作用更為普遍。“

Cullen補(bǔ)充說(shuō)，該論文還表明C. subvermispora基因組的纖維素降解部分相對(duì)于P. chrysosporium “有些受到抑制” ，這是進(jìn)一步研究Ceriporiopisis基因組對(duì)木質(zhì)素的選擇性的另一個(gè)角度。“它可能都是，”他說(shuō)，“沒有一個(gè)簡(jiǎn)單明確的最終答案。要真正在理解選擇性木質(zhì)素降解機(jī)制方面取得直接進(jìn)展，需要開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)工具，例如用于遺傳分析的工具。這就是下一個(gè)。“

美國(guó)能源部JGI已經(jīng)測(cè)試了比世界上任何其他機(jī)構(gòu)更多的真菌，最近發(fā)布了2013年針對(duì)大規(guī)?；谛蛄械幕蚪M科學(xué)項(xiàng)目的社區(qū)測(cè)序計(jì)劃(CSP)意向書。該呼吁的目標(biāo)主題是與替代燃料，全球碳循環(huán)和生物地球化學(xué)中的DOE任務(wù)相關(guān)的主題。2013年CSP的高達(dá)50%的產(chǎn)能將分配用于解決植物和植物 - 微生物相互作用，微生物排放和溫室氣體捕獲，宏基因組學(xué)以及利用單細(xì)胞基因組學(xué)和DNA合成等DOE JGI能力的項(xiàng)目的項(xiàng)目。