加利福尼亞州沃爾特克里克 - 受房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)人和房主的影響，由于真菌Serpula lacrymans造成的干腐病對(duì)世界各地的房屋和建筑造成數(shù)百萬(wàn)美元的損失。這種褐腐真菌能夠分解木材中的纖維素，導(dǎo)致其在2007年被美國(guó)能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)選擇進(jìn)行測(cè)序，其目標(biāo)是確定降解過(guò)程中涉及的酶和利用這些信息改善纖維素生物燃料的生產(chǎn)。

正如7月14日在線(xiàn)科學(xué)快報(bào)在線(xiàn)報(bào)道的那樣，包括DOE JGI研究人員在內(nèi)的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)比較了Serpula lacrymans的基因組，這是第二種棕色腐真菌基因測(cè)序，與其他10種已發(fā)表的真菌基因組相比較。DOE JGI對(duì)這些基因組中的七個(gè)進(jìn)行了測(cè)序，其中Postia胎盤(pán)是第一個(gè)測(cè)序的褐腐病真菌。該分析不僅使研究人員了解了Serpula分解纖維素的機(jī)制所涉及的化學(xué)反應(yīng)，還揭示了褐腐真菌在最大的陸地生態(tài)系統(tǒng) - 亞北極涼爽氣候北方森林 - 的發(fā)展中的作用。因此，真菌在全球碳循環(huán)中的作用。

“這是每個(gè)人都知道的真菌之一。它具有如此積極的纖維素分解形式，“研究第一作者斯旺西大學(xué)的丹伊斯特伍德說(shuō)。他指出，木材腐爛真菌一般能夠分解木質(zhì)纖維素，這與北方森林和真菌的共同進(jìn)化有關(guān)。“了解這些真菌在自然環(huán)境中的作用也很重要，”他說(shuō)。“例如，如果你回到足夠遠(yuǎn)的時(shí)間到樹(shù)木開(kāi)發(fā)的時(shí)期，就沒(méi)有辦法打破木質(zhì)纖維素，導(dǎo)致我們今天開(kāi)采的煤層。當(dāng)真菌弄清楚如何分解木質(zhì)纖維素時(shí)，真菌和樹(shù)木的共同進(jìn)化再次啟動(dòng)了碳循環(huán)。我們今天所有的木材腐爛真菌的祖先是白腐病，它是來(lái)自這個(gè)祖先的真菌，它開(kāi)始了碳循環(huán)和木質(zhì)纖維素分解。棕色腐爛后來(lái)從白腐病的祖先進(jìn)化而來(lái)，因?yàn)樗鼈兝@過(guò)木質(zhì)素并直接進(jìn)入半纖維素和纖維素，它們被認(rèn)為更有效，并且可能是它們最近能夠在北方森林中占主導(dǎo)地位的原因。

對(duì)S. lacrymans 4820萬(wàn)個(gè)核苷酸基因組的分析不僅使研究小組能夠比較棕色腐爛分解纖維素和白腐真菌分解纖維素和木質(zhì)素的機(jī)制所涉及的基因家族，而且還包括這些過(guò)程如何每個(gè)類(lèi)別都有所不同。例如，伊斯特伍德指出，Serpula使用的化學(xué)物質(zhì)與Postia的化學(xué)物質(zhì)略有不同，盡管在白腐病和褐腐病之間有更大的意義，“我們?cè)谶@里描述的是基因的改進(jìn)，什么基因是絕對(duì)的必須打破纖維素，“他說(shuō)。“部分原因是由于褐腐真菌不會(huì)分解木質(zhì)素，因此分解木材的機(jī)器變得更加簡(jiǎn)單。”

牛津大學(xué)的研究資深作者莎拉·沃特金森強(qiáng)調(diào)了褐腐真菌在全球碳循環(huán)中的作用，指出在森林土壤中螯合的三分之一的碳是由真菌分解纖維素后的木材殘留物組成的。 。“當(dāng)它在森林中生長(zhǎng)時(shí)，它會(huì)腐爛木材并留下木質(zhì)素，”她說(shuō)。“我們對(duì)將碳投入土壤的原因非常感興趣，因?yàn)樽厣癄€真菌的殘留物占針葉林土壤中30%的碳，而針葉林是世界上非常大的生物群落，也是最大的碳匯之一著陸。褐腐病的活動(dòng)在全球碳循環(huán)中非常重要，我認(rèn)為之前并沒(méi)有真正受到重視。“

伊斯特伍德補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)工作影響了許多不同的領(lǐng)域，決定下一步該做什么是“就像在一家甜品店做孩子一樣：我們從哪里開(kāi)始?”明尼蘇達(dá)大學(xué)教授喬納森席林的一個(gè)應(yīng)用沒(méi)有參與在項(xiàng)目中，看到了Serpula基因組是它可以教生物能源研究人員關(guān)于改進(jìn)植物生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料生產(chǎn)的過(guò)程。“我們現(xiàn)在擁有的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程通常類(lèi)似于白腐病方法，”他說(shuō)，“攻擊木質(zhì)素以獲取碳水化合物，然后將其轉(zhuǎn)化為燃料，化學(xué)品或紙張。褐腐真菌以某種方式規(guī)避了更有效地獲取纖維素而不是爆破木質(zhì)素的步驟，并且它在不同的白腐病譜系中進(jìn)化了多次。這表明效率的提升，我們應(yīng)該注意。“他還說(shuō)，有一個(gè)第二個(gè)棕色腐爛基因組參考數(shù)據(jù)集，特別是一個(gè)來(lái)自這樣一個(gè)研究得很好的真菌，保留了一些熟悉的白腐病的纖維素分解機(jī)制，但導(dǎo)致經(jīng)典褐腐病，

DOE JGI真菌基因組學(xué)負(fù)責(zé)人Igor Grigoriev是科學(xué)論文的合著者，他指出，擁有Serpula的基因組意味著現(xiàn)在有兩種白腐病和兩種褐腐病基因組可供使用，還有十幾種正在排隊(duì)。他補(bǔ)充說(shuō)，Serpula有兩種變體，導(dǎo)致干腐病的一種，在針葉林中發(fā)現(xiàn)的一種，DOE JGI對(duì)兩者都進(jìn)行了測(cè)序。事實(shí)上，該研究所的測(cè)序工作占存放在公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有真菌基因組的40%。“這是向更多地了解纖維素降解過(guò)程中的一步，”他說(shuō)。然而，除了對(duì)理解木質(zhì)纖維素如何分解的興趣之外，他說(shuō)，“總體而言，我們已經(jīng)達(dá)到了可以對(duì)三種真菌生活方式進(jìn)行比較的程度：腐生菌，包括木材降解劑，共生體和病原體，我們正在進(jìn)入我們發(fā)現(xiàn)每個(gè)類(lèi)別沒(méi)有清晰，黑白聯(lián)系的階段。“

來(lái)自法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)研究所(INRA)的共同資深作者弗朗西斯·馬丁(Francis Martin)是許多DOE JGI真菌基因組計(jì)劃的不可或缺的推動(dòng)者，他強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)工作對(duì)于了解森林真菌演變的重要性。“ 塞爾普拉是沿著'saprotrophism-mutualism連續(xù)體'的'缺失環(huán)節(jié)'，”馬丁說(shuō)。“棕色腐爛的Serpula和共生的Laccaria bicolor - 也由DOE JGI測(cè)序 - 缺少白腐真菌用于分解木材中不可用的木質(zhì)素基質(zhì)以揭露嵌入其中的可用纖維素的最具侵略性的木材降解酶。這種侵略性木質(zhì)素分解機(jī)制的喪失可能使褐腐病轉(zhuǎn)變?yōu)榫采w - 促進(jìn)了真菌與植物根系之間的有益聯(lián)系 - 使樹(shù)內(nèi)能夠優(yōu)先獲得碳水化合物。“這項(xiàng)研究，馬丁總結(jié)道，”我們補(bǔ)充道。逐步了解這些過(guò)程的興起，特別是與樹(shù)木健康和生產(chǎn)力有關(guān)的過(guò)程，這些過(guò)程在陸地碳循環(huán)，封存和其他生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以及為改進(jìn)生物燃料的生物質(zhì)解構(gòu)提供新的戰(zhàn)略信息。

美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所在美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的支持下，致力于推進(jìn)基因組學(xué)研究，以支持與清潔能源生產(chǎn)，環(huán)境特征描述和清理相關(guān)的DOE任務(wù)?？偛课挥诩永Ｄ醽喼軼alnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量測(cè)序和計(jì)算分析，使基于系統(tǒng)的科學(xué)方法能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。在Twitter上關(guān)注DOE JGI。