全家人重点基因组比较

在世界各地的微生物群落中发现，曲霉属真菌是病原体，分解者和生物技术重要酶的重要来源。已知每种曲霉属物种含有250多种碳水化合物活性酶(CAzymes)，这些酶分解植物细胞壁，并且是能源部(DOE)研究人员感兴趣的，他们使用候选生物能源原料作物从事可持续替代燃料的工业生产。此外，每种真菌物种被认为含有40多种次级代谢物，小分子有可能充当生物燃料和化学中间体。

在上周公布的2018年1月8，超前研究中的美国国家科学院论文集，在丹麦技术大学(DTU)的研究人员领导的研究小组，美国能源部联合基因组研究所(JGI)，一个能源部办公室由劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)领导的科学用户设施和能源部联合生物能源研究所(JBEI)报告了对300种曲霉菌真菌基因组进行测序，注释和分析的长期计划的第一批结果。这些发现证明了功能性地注释基因组的新方法的概念，以便更快地鉴定感兴趣的基因。

“这是对300多种曲霉属物种进行大规模测序的第一个结果，”该研究的共同作者，JGI真菌基因组计划负责人Igor Grigoriev说。“随着JGI向功能基因组学的战略转变，本研究阐述了几种基因功能注释的新方法。许多方法依赖于实验并通过基因通过个体基因组进行基因分析。使用曲霉菌，我们对许多密切相关的基因组进行测序，以突出和比较基因组之间的差异。对具有不同代谢特征的密切相关物种进行比较分析可能会导致相对较少数量的物种特异性次生代谢基因簇映射到相对少量的独特代谢物。

在该研究中，该团队测序并注释了6 种曲霉菌种; 使用Pacific Biosciences平台对4个进行测序，产生非常高质量的基因组装配，可用作未来比较基因组学分析的参考菌株。涉及这些基因组和比较分析其它曲霉 genomes- 其中几个由JGI进行测序 -was然后进行，允许团队来识别感兴趣的次级代谢物生物合成基因簇。

“我们发现这里有趣的事情之一就是我们所看到的物种的多样性 - 我们挑选了四种远程相关的物种，”研究资深作者，DTU教授Mikael R. Andersen说。“由于这种多样性也带来了化学多样性，因此我们能够为一些非常不同类型的化合物找到候选基因。这是基于第一作者Inge Kjaerboelling开发的一种新的分析方法。此外，我们还展示了如何通过对已知产生该化合物的物种的其他基因组进行测序来固化所述给定化合物的预测。通过寻找在所有生产物种中发现的基因，我们可以优雅地确定基因。“

研究报告的共同作者Scott Baker，环境分子科学实验室的真菌研究员，美国能源部科学用户设施办公室位于太平洋西北国家实验室，是JBEI解构部门的成员，解释了为什么找到不同化合物的候选基因很重要。“次级代谢产物非常重要，因为它们代表了生物合成分子生物合成，生物燃料前体或生物产品等有趣而新颖的化学反应，”他说。“尽管确定纯化的次级代谢产物的结构是一项重大的工作，但它通常相对简单。然而，将这些分子连接到它们的生物合成途径可能非常具有挑战性。我们表明，使用比较基因组学可以有效地导致对生物合成途径中涉及的基因簇的合理预测。“

Mycocosm中的曲霉菌

格里戈里耶夫补充说，到今天为止，约30 曲霉基因组已经公布，另外25个基因组是公开可从JGI真菌基因组门户Mycocosm在genome.jgi.doe.gov/Aspergillus，和超过100个基因组被测序和分析。

随着JGI继续实施其战略计划，即进化为更具功能性基因组学功能的用户设施，将基因组序列，表达，计算和代谢分析以及生化信息整合到与DOE任务相关的更完整的生物学图像中，像这样的设施和跨学科的努力将变得更加重要。表征次级代谢物的特性和作用以及它们产生所必需的基因对于这一努力至关重要，并且可以提供潜在的工具来提高将顽固生物质加工成生物燃料和生物产品的前体的能力。