聚焦基因组比较

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超过250种碳水化合物活性酶(CAzymes)，这些酶分解植物细胞壁，并且是能源系(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2018年1月8日发表在美国国家科学院院刊上的一项研究中，由丹麦技术大学(DTU)，美国能源部联合基因组研究所(JGI)，美国能源部科学办公室的研究人员领导的研究小组用户设施和由劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)领导的DOE联合生物能源研究所(JBEI)报告了对300种曲霉属真菌的基因组进行测序，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，本研究阐述了基因功能注释的几种新方法。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的比较分析可能导致相对较少数量的物种特异性次级代谢基因簇被映射到相对少量的独特代谢物。

物种多样性，化学多样性

在该研究中，该团队对6种曲霉属物种进行了测序和注释;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。然后进行涉及这些基因组和其他曲霉基因组的比较分析 - 其中几个由JGI测序 - 并且允许该团队鉴定感兴趣的次级代谢物的生物合成基因簇。

“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，因此我们能够找到一些非常多样化合物的候选基因。这是基于第一作者Inge Kjaerboelling开发的一种新的分析方法。此外，我们还展示了如何巩固所述预测对于给定的化合物，通过对已知产生该化合物的物种的其他基因组进行测序。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是环境分子科学实验室的真菌研究员，位于太平洋西北国家实验室的DOE科学用户设施办公室，也是JBEI解构师的成员，他解释了为什么找到候选基因对于各种化合物问题。“次级代谢产物很重要，因为它们代表了生物合成分子的生物合成，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努力，但它往往相对简单。但是，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基因的合理预测参与生物合成途径的簇。“

Mycocosm中的曲霉菌

Grigoriev补充说，到目前为止，已经发表了约30种曲霉属基因组，另外25种基因组可从JGI真菌基因组门户Mycocosm(genome.jgi.doe.gov/Aspergillus)公开获得，并且正在对100多种基因组进行测序和分析。

随着JGI继续实施其战略计划，逐步发展成为具有功能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。

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