真菌分析显示有针对性的生物量解构的线索

如果没有真菌和微生物来分解自然界中的死树和落叶，森林地面可能看起来就像电视剧“囤积者”中的场景。

由美国能源部(DOE)支持并在美国能源部联合基因组研究所(JGI)开展的大规模基因组测序项目突出了学习如何打破作为植物基础设施的纤维素，半纤维素和木质素的重要性通过这些森林生物来提取所需的营养物质。在所研究的真菌中，可以选择性地分解细胞壁组分纤维素和木质素 - 这是地球上最重要和最丰富的生物聚合物。

一个国际科学家小组对两种白腐真菌进行了比较基因组分析，这两种白腐真菌的基因组是在社区的DOE JGI下生成和注释的。测序程序(CSP)。真菌Phanaerochaete chrysosporium(由DOE JGI在2004年测序)及其近亲Ceriporiopisis subvermispora生物能源研究人员对生物能源研究人员感兴趣，因为他们拥有能够分解植物生物质的酶，因此可用于加速生物燃料的生产。该研究揭示了涉及木质纤维素降解的基因组之间存在显着差异，进一步深入了解了白腐病如何进行肮脏工作的机制。

研究资深作者和DOE JGI合作者，美国农业部林业局森林产品部的Dan Cullen说：“我们有这么多人参与这个项目这一事实清楚地证明了对酶发现的兴趣。”实验室(FPL)。“在这种特殊情况下，人们会更多地考虑白腐真菌在碳循环中的作用。木质素是森林生态系统生物量中的一种顽固化合物，很少有真菌具有降解木质素的能力。甚至更少的真菌具有以这种有效速率选择性去除木质素的能力。C. subvermispora是其能够做到这一点的一个例外。“

Cullen和他的同事比较了真菌基因组，以了解更多关于C. subvermispora选择性分解木质素的能力的基础。了解这种选择性木质素分解过程对纸浆和造纸工业来说是长期存在的兴趣。据美国林纸协会称，每年生产约1750亿美元的纸浆和纸制林产品，占全国GDP的5%。

分析木材腐烂真菌的多样性和参与木质纤维素降解的编目酶是由Igor Grigoriev领导的DOE JGI真菌基因组计划的目标之一。“我们正在进行20多种此类真菌的功能比较基因组学过程，这些真菌经过测序或目前正在美国能源部JGI进行测序，”他说。“这应该让我们更好地了解真菌中木质纤维素降解的多样化和复杂机制，这些机制对森林生态系统中碳循环的影响，并最终导致生物制浆的改善。”

肯特柯克，前FPL研究员，被认为是真菌木质素降解研究的领军人物，提供了当前研究如何影响纸浆和造纸工业的观点。“这源于明尼苏达大学和FPL的基础研究，他们应用了'生物制浆'的概念 - 木质素降解真菌对木材的部分腐烂，以减少机械制浆所需的能量。Cerioporiopsis subvermispora很快就成为了'biopulper'的选择。“Kirk描述了用真菌处理木屑两周后如何比未经处理的芯片需要少30%的制浆能量，以及户外试验如何在50吨规模上反复成功。“该技术尚未商业化采用，但随着能源成本持续上升，应该越来越有吸引力，”柯克说。

通过研究共同作者Angel Martinez在西班牙马德里西班牙国家研究委员会(CSIC)的研究小组进行的详细生化分析，研究人员发现C. subvermispora基因组中含有更多的锰过氧化物酶和漆酶 - 可以加速降解木质素 - 比P. chrysosporium基因组。马丁内斯补充说，他的小组的工作还揭示了其他木质素降解酶的存在，这些酶以前在C. subvermispora培养物中没有发现。

“由于Phanaerochaete没有漆酶，它们对于木质素降解并非绝对必要，”Cullen说，“尽管可能它们非常重要并且在Ceriporiopisis中发挥作用。最有说服力的部分是锰过氧化物酶的扩增和表达，其在木质素降解中的作用更为普遍。“

Cullen补充说，该论文还表明C. subvermispora基因组的纤维素降解部分相对于P. chrysosporium “有些受到抑制” ，这是进一步研究Ceriporiopisis基因组对木质素的选择性的另一个角度。“它可能都是，”他说，“没有一个简单明确的最终答案。要真正在理解选择性木质素降解机制方面取得直接进展，需要开发更多的实验工具，例如用于遗传分析的工具。这就是下一个。“

美国能源部JGI已经测试了比世界上任何其他机构更多的真菌，最近发布了2013年针对大规模基于序列的基因组科学项目的社区测序计划(CSP)意向书。该呼吁的目标主题是与替代燃料，全球碳循环和生物地球化学中的DOE任务相关的主题。2013年CSP的高达50%的产能将分配用于解决植物和植物 - 微生物相互作用，微生物排放和温室气体捕获，宏基因组学以及利用单细胞基因组学和DNA合成等DOE JGI能力的项目的项目。