改进绿色化学品生产的比较基因组学方法

加利福尼亚州沃尔特克里克 - 真菌在自然界中扮演着重要角色，并因其在工业界的重要性而受到重视。考虑柠檬酸，几十年来在丝状真菌黑曲霉(Aspergillus niger)的帮助下大规模生产的几种食品和药品中的关键添加剂。虽然黑曲霉是碳循环中不可或缺的参与者，但它拥有一系列酶，可用于分解植物细胞壁以释放糖，然后将其发酵并蒸馏成生物燃料，这一过程由美国部门优化能源研究人员。

网上公布提前打印2011年5月4日基因组研究，由太平洋西北国家实验室的斯科特贝克领导的研究小组比较了两种的基因组序列黑曲霉菌株，除其他事项外，更好地利用生物燃料应用的工业潜力。每年生产超过一百万吨柠檬酸，生产过程涉及黑曲霉这是一个很好理解的真菌发酵过程，可以为生物精炼厂的发展提供信息，其中有机化合物取代通常来自石油的化学结构单元。高级作者贝克和他的同事在论文中写道，更多地了解这两种工业相关真菌菌株的行为和能力的遗传基础，将允许研究人员利用他们的基因组来更有效地生产有机酸和其他化合物，包括生物燃料。

“ 黑曲霉是一种用于酶和有机酸等小分子的工业主力，”2005年美国能源部JGI选择用于测序的真菌Baker表示。“世界上大部分柠檬酸来自黑曲霉。“我们知道，这种单一的生物体可用于生产有机酸和酶，它可以降解植物细胞壁物质，从而生产糖，”Baker说。“对于生物燃料来说，它是一种高度相关的生物体，因为它已经被放大，显示是安全的，并用于酶的生产。这就是为什么通过DNA测序进一步表征它是如此重要的有机体。“

美国能源部联合基因组研究所(JGI)生成了黑曲霉 ATCC 1015 的3500万个基因组基因组，这是一种用于研究的野生型菌株，导致了第一个专利的柠檬酸工艺。该研究中使用的另一种A.niger菌株于2007年由荷兰的一家公司测序，并经历了酶生产的诱变和选择。

通过分析几个层次的基因组 - DNA，染色体，基因和蛋白质 - 贝克和他的同事在每个菌株中发现了数百个独特基因，这些基因是其主要特征的关键。例如，黑曲霉 ATCC 1015具有较高的柠檬酸产率所涉及的性状表达。另一方面，诱导的突变菌株具有与有效酶产生相关的更多元素。研究小组还指出，在黑曲霉诱导的突变株中增加酶产生的基因可能来自另一种曲霉菌株，通过水平基因转移，这使得一个生物体可以获得并使用来自其他生物的基因。

在本文的47位作者中，有30位来自欧洲。“这是将基因组测序与功能基因组学，转录组学和代谢组学相结合的国际合作的一个很好的例子，这导致系统水平研究和两种A.niger菌株的比较分析，”该研究的共同作者，DOE负责人Igor Grigoriev说。 JGI真菌基因组计划。“ 在工业中使用的另外十几种曲霉属菌株要么被测序，要么排在DOE JGI的队列中。更好地了解基因组内容和组织以及重排和突变如何导致所需特性应有助于进一步优化这些菌株用于不同的生物产品。

截至2007年，全球柠檬酸市场估计约为12亿美元，每年通过发酵生产超过500,000吨。“拥有柠檬酸生产真菌的基因蓝图将增加我们对生物体代谢途径的理解，这些途径可以通过微调来提高生产力或改变其新陈代谢，从可再生和可持续的植物衍生糖中生成其他绿色化学品和燃料， “诺维信公司董事Randy Berka说，他是该出版物的作者之一。

“人们认为，如果我们了解是什么让柠檬酸工艺如此富有成效，那么我们就可以开始了解如何制造其他有机酸，这些有机酸可能是商品化学品，”贝克说。“我们现在拥有工具和知识基础，能够提出一些我们之前未配备基因组资源的其他重要问题。”

太平洋西北国家实验室是能源部科学办公室国家实验室，跨学科团队推动科学技术的发展，为美国在能源，国家安全和环境方面最棘手的问题提供解决方案。PNNL拥有4,900名员工，年度预算近11亿美元，自1965年实验室成立以来一直由位于俄亥俄州的Battelle管理。在Facebook，LinkedIn和Twitter上关注PNNL 。

美国能源部联合基因组研究所在美国能源部科学办公室的支持下，致力于推进基因组学研究，以支持与清洁能源生产，环境特征描述和清理相关的DOE任务。总部位于加利福尼亚州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量测序和计算分析，使基于系统的科学方法能够应对这些挑战。