强大的真菌力量计数器生物燃料植物病原体

加利福尼亚州沃尔特克里克 - 真菌在生态和经济方面发挥着重要作用。它们可以分解有机物质，造成毁灭性的农业枯萎病，进入共生关系以保护和滋养植物，或提供美味的食物。对于工业应用，真菌提供酶的来源以催化从植物生物质产生生物燃料的过程。一种具有这种酶的大型真菌群是锈病植物病原体，它们不能自行生存，因此它们使用作物作为宿主，导致产量降低并且可能阻碍生长生物质作为燃料的努力。可能减少植物生物量增长从而减少生物燃料生产的因素是能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)调查的目标。

发布于2011年5月2日的早期版本 美国国家科学院院刊包括真菌基因组计划负责人Igor Grigoriev在内的国际研究团队的工作，以及DOE JGI的几位成员，比较了两种锈菌真菌的基因组，以确定这些病原体侵入植物宿主的特征，以及制定控制可能造成的损害的方法。由法国国家农业研究所(INRA)的共同第一作者SébastienDuplessis领导的团队研究了杨树叶锈菌，同时由麻省理工学院广泛研究所和哈佛大学以及Les Szabo的共同第一作者Christina Cuomo领导。农业研究局美国农业部和明尼苏达大学分别研究了小麦和大麦茎锈菌。

在2006年社区测序计划下使用Sanger平台在DOE JGI进行测序，第一个测序的树木病原体Melampsora larici-populina的1.01亿碱基对基因组在2008年公开发布。杨树叶锈病爆发削弱了杨树，一种候选生物能源原料，其基因组序列由美国能源部JGI于2007年出版。在这项研究中，Melampsora larici-populina与Broad研究所测序的小麦茎锈病菌进行了比较。这种锈菌导致全世界大麦和小麦的大规模流行。一种名为Ug99的菌株已遍布非洲并进入中亚，并克服了过去50年来开发的大部分抗锈病小麦品种。这是DOE JGI和Broad研究所的首次联合真菌基因组学研究。

SébastienDuplessis表示，与小麦和其他植物不同，很难估计杨树锈病爆发造成的经济损失，尽管最常见的数字表明，在主要的锈病流行之后，杨树种植园的年增长损失高达50%。部分问题在于真菌攻击方法。“对于一种多年生物种，例如被专性生物营养物攻击的杨树，宿主保持活着并且树没有被杀死，”他说。

美国能源部JGI的Grigoriev指出，杨树锈病和小麦锈菌真相关联，并显示基因家族的基因组特异性扩增。INRA的弗朗西斯·马丁是这项研究的高级作者，也是DOE JGI的长期合作者，他说这项工作意味着研究人员现在拥有两种真菌的基因组，这些真菌以非常不同的方式与杨树相互作用。Martin及其同事参与了共生体Laccaria bicolor的研究，该基因组序列于2008年出版。“[ Melampsora基因组]将有助于更好地理解“生物能源”树如何与其微生物同伴相互作用，“他说。格里戈里耶夫回应了马丁关于拥有基因组序列的好处的评论。“了解这些如何相互影响，有助于我们种植杨树和其他作物用于生物能源生产，”他说。

尽管如此，该项目的目标之一是能够确定如何破坏真菌可以抑制宿主防御和识别的效应器。在该论文中，研究小组描述了一种双管齐下的攻击，其中真菌掩盖了它们与植物的接近程度，然后使用酶将真菌细胞壁附着到植物细胞壁上，然后侵入宿主。

Duplessis说：“对这些效应物的精确分析，它们在寄主植物中的定位和目标，以及它们如何进化以克服植物抗性，将有助于选择和管理杨树对锈病的可持续抗性。”

他说，研究人员计划对更多的Melampsora基因组进行测序，以更好地了解锈菌真菌适应宿主并克服植物抗性的过程。“我们的论文表明，锈菌真菌基因组含有超过一千种这样的小效应物，可能会干扰植物感知系统和防御反应的激活。因此，破坏效应器进入和动作的有针对性的方法可能是复杂的。然而，对锈菌真菌基因组进行测序，为研究这些候选效应子的进化提供了很好的视角，并通过树木种植园的育种策略进一步确定了新的抗性。

“通过这些蓝图，我们可以在人口生物学水平上分析病原体在进化过程中的遗传多样性，并适应控制剂如杀菌剂，以制定更加协调的管理策略，”帝国理工学院分子植物生物学家Pietro Spanu说。研究霉菌的伦敦，也是一种真菌病原体。“基因组序列真的是工具包，”他说。“它们为我们提供了有关生物体如何进化的大量信息，使我们能够对真菌需要成为专性寄生虫做出假设。”

Spanu还表示，该论文是近期有关这些真菌的基因组出版物的一部分，这些信息使研究人员首次能够看到这些病原体进化过程中的“显着趋同”。“这就像发现为了飞行你需要翅膀，每组都有不同类型的翅膀。”

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。