在真菌中寻找新的主要基因表达调控因子

只有四个字母--A，C，T和G - 组成一个有机体的遗传密码。改变单个字母或碱基可导致蛋白质结构和功能的改变，从而影响生物体的特性。此外，更微妙的变化可以而且确实发生，涉及DNA碱基本身的修饰。这种变化的最着名的例子是在其碳环(5mC)的第 5 位的碱性胞嘧啶的甲基化。在真核生物中，一种不太为人所知的修饰涉及在腺嘌呤的碱基6(6mA)中加入甲基。

在2017年5月8日的Nature Genetics杂志上由美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的科学家领导的一个小组报告了真菌王国最早的分支中流行的6mA修改。虽然真菌已经存在了十亿年，并且总体上能够降解几乎所有天然存在的聚合物甚至一些人造的聚合物，但是已经研究的大多数物种仅属于两种门，即子囊菌纲和担子菌纲。其余6组真菌被归类为“早期发散谱系”，是真菌谱系中最早的分支。它们包含一个经过精心研究的真菌领域，为生物能源和环境中的DOE任务提供重要且有价值的基因产品。

“总的来说，与其他血统相比，早期发散的真菌很难被理解。然而，许多这些真菌在各种方面变得非常重要，“研究第一作者和DOE JGI分析师Stephen Mondo说。“考虑Neocallimastigomycetes - 这些真菌是目前已知的植物生物质中最强大的降解物之一，并且具有巨大的植物细胞壁降解酶库，可用于生物能源生产。它们是探索这些未被充分考虑的血统如何导致宝贵的生物和技术见解的一个很好的例子。“

该研究中使用的许多真菌基因组被测序为DOE JGI的1000真菌基因组计划的一部分，旨在为每个真菌家族产生至少一个参考基因组。在该研究中，该团队使用Pacific Biosciences测序平台在DOE JGI测序了16个真菌基因组。虽然该技术的目的是获得非常高质量的基因组装配，但DOE JGI科学家现在还利用这种测序平台来探索表观遗传(5mC，6mA)修饰。他们在真菌中发现了非常高水平的6mA，其中高达2.8%的所有腺嘌呤被甲基化，使用多种独立方法证实了这些发现。Mondo指出，基因组6mA的先前记录保持者是莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)(由DOE JGI测序和注释)，其中仅0.4%的腺嘌呤被甲基化。

6mA表达式标记

“这是真核生物中6mA和5mC的首次直接比较之一，以及真菌王国的第一次6mA研究，”DOE JGI真菌基因组学负责人和资深作者Igor Grigoriev说。“6mA已被证明具有不同的功能，具体取决于有机体。例如，在动物中它参与抑制转座子活性，而在藻类中它与基因表达正相关。我们的分析表明，6mA修饰与表达基因相关，并且基于基因功能和保守优先沉积，显示6mA作为重要功能相关基因的表达标记。

除了6mA执行似乎与5mC相反的作用(抑制表达)，该团队发现5mC和6mA的存在是反相关的。具体地，当在基因组的重复区域发现5mC时，甲基化腺嘌呤在基因启动子处聚集成致密的“甲基化腺嘌呤簇”(MAC)。在两条DNA链上也发现了6mA，这可以通过细胞分裂促进甲基化。

“使用基因组学，我们探索真菌的多样性，以开发基因，酶和途径的目录 - 生物经济和生物能源应用的零件清单，”格里戈里耶夫说。“其中很多都是在早期发散的真菌中编码的。在这些真菌中，我们发现大多数表达的基因具有6mA MAC。因此，在早期分化真菌中发现DNA甲基化有助于研究界更好地理解对编码生物经济和生物能源应用部分的基因的调控。“