揭示工業(yè)應(yīng)用的曲霉菌多樣性
在真菌世界中,曲霉菌是一種工業(yè)巨星。例如,黑曲霉已經(jīng)使用了數(shù)十年,以通過工業(yè)規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸 - 一種經(jīng)常添加到食品和藥品中的化合物。該屬中的其他物種在生物燃料生產(chǎn),植物和人類健康方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于其350種物種中的大多數(shù)尚未進(jìn)行測序和分析,因此研究人員在了解曲霉菌的全部潛力及其可能產(chǎn)生的有用化合物譜時(shí)仍處于冰山一角。
在研究 2017年2月14日,在雜志上發(fā)表基因組生物學(xué),一個(gè)國際研究小組,包括研究人員在能源聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI),一個(gè)美國能源部科學(xué)辦公室的用戶設(shè)備,報(bào)告測序的10新的基因組美系黑種,到目前為止測序的曲霉菌種數(shù)增加了一倍以上。將新測序的基因組與其他八種測序的曲霉屬物種進(jìn)行比較。有了這個(gè)第一個(gè)全屬范圍的觀點(diǎn),國際財(cái)團(tuán)發(fā)現(xiàn)了曲霉菌具有比先前所理解的更大的基因組和功能多樣性,擴(kuò)大了被認(rèn)為是生物技術(shù)中最重要的工作之一的真菌的潛在應(yīng)用范圍。
“幾種曲霉屬物種已經(jīng)確立了酶和代謝物細(xì)胞工廠的地位。然而,在基因組水平上對(duì)物種的多樣性知之甚少,本文展示了該屬物種的多樣性,“該研究的主要作者荷蘭Westerdijk真菌生物多樣性研究所的Ronald de Vries說。“人們不能假設(shè)曲霉屬物種與該屬的更好研究物種具有相同的生理學(xué)。”
該研究通過DOE JGI的社區(qū)科學(xué)計(jì)劃進(jìn)行,也證明了評(píng)估一個(gè)屬內(nèi)生物多樣性的重要性,以了解如何更好地利用真菌來解決各種問題。
生物技術(shù)應(yīng)用酶目錄
美國能源部JGI真菌基因組計(jì)劃負(fù)責(zé)人Igor Grigoriev補(bǔ)充說,對(duì)多種曲霉基因組進(jìn)行測序,使研究人員能夠?yàn)樯锛夹g(shù)應(yīng)用建立更全面的酶目錄。這些應(yīng)用包括利用曲霉菌來幫助保護(hù)作物并防止可能導(dǎo)致植物疾病的藥劑。
將新測序的基因組與已有的基因組進(jìn)行比較,研究人員在曲霉屬物種中發(fā)現(xiàn)了大量的碳水化合物活性酶(CAZymes),這表明了分解植物生物量的不同策略。CAZymes負(fù)責(zé)破壞植物細(xì)胞壁,對(duì)DOE認(rèn)為候選生物能作物的工業(yè)加工有用。作為這些細(xì)胞壁的一部分的糖不能被接觸和發(fā)酵以制造生物燃料,除非壁被諸如CAZymes之類的試劑分解。
“這10個(gè)基因組中的每一個(gè)都編碼一種獨(dú)特的CAZymes成分 - 更廣泛的品種有助于配制更適合不同類型植物生物質(zhì)的酶混合物,從而有效地將它們轉(zhuǎn)化為生物燃料,”Grigoriev說。
除了生物燃料,CAZymes還可以幫助促進(jìn)紙張,紡織品,食品,飼料和藥品的生產(chǎn),de Vries說。
追求更深入的探索
基因組之間的比較分析還使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)高度多樣化的基因:1)允許真菌產(chǎn)生次生代謝物,這些化合物可用于作物保護(hù)等應(yīng)用; 2)使真菌能夠承受壓力。在次級(jí)代謝和壓力反應(yīng)中獲得的知識(shí)將有助于更深入地了解這些功能的機(jī)制。
但是,盡管獲得了新的見解,德弗里斯強(qiáng)調(diào),曲霉菌可以做的全部內(nèi)容仍然未知。他說:“ [ Aspergillus ]的研究還有很多東西可以學(xué)習(xí)和獲得。” “該屬內(nèi)的應(yīng)用潛力幾乎沒有被觸及。”Grigoriev補(bǔ)充說:“受到這項(xiàng)研究結(jié)果的鼓舞,我們現(xiàn)在對(duì)曲霉屬進(jìn)行更深入的探索,對(duì)其余300種物種進(jìn)行測序,每種物種都攜帶獨(dú)特的成分基因,酶,和路徑。“
所有真菌基因組均可在DOE JGI的真菌基因組學(xué)門戶網(wǎng)站MycoCosm上獲得。目前,DOE JGI社區(qū)科學(xué)計(jì)劃(CSP)已接受意向書,并且必須在2017年3月31日之前在線提交.CSP年度會(huì)議重點(diǎn)關(guān)注基于序列的大規(guī)模基因組科學(xué)項(xiàng)目,該項(xiàng)目涉及與DOE在能源安全和可持續(xù)性以及全球生物地球化學(xué)方面的使命。
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