加利福尼亞州沃爾特克里克 - 真菌在自然界中扮演著重要角色，并因其在工業(yè)界的重要性而受到重視?？紤]檸檬酸，幾十年來在絲狀真菌黑曲霉(Aspergillus niger)的幫助下大規(guī)模生產(chǎn)的幾種食品和藥品中的關(guān)鍵添加劑。雖然黑曲霉是碳循環(huán)中不可或缺的參與者，但它擁有一系列酶，可用于分解植物細胞壁以釋放糖，然后將其發(fā)酵并蒸餾成生物燃料，這一過程由美國部門優(yōu)化能源研究人員。

網(wǎng)上公布提前打印2011年5月4日基因組研究，由太平洋西北國家實驗室的斯科特貝克領(lǐng)導(dǎo)的研究小組比較了兩種的基因組序列黑曲霉菌株，除其他事項外，更好地利用生物燃料應(yīng)用的工業(yè)潛力。每年生產(chǎn)超過一百萬噸檸檬酸，生產(chǎn)過程涉及黑曲霉這是一個很好理解的真菌發(fā)酵過程，可以為生物精煉廠的發(fā)展提供信息，其中有機化合物取代通常來自石油的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元。高級作者貝克和他的同事在論文中寫道，更多地了解這兩種工業(yè)相關(guān)真菌菌株的行為和能力的遺傳基礎(chǔ)，將允許研究人員利用他們的基因組來更有效地生產(chǎn)有機酸和其他化合物，包括生物燃料。

“ 黑曲霉是一種用于酶和有機酸等小分子的工業(yè)主力，”2005年美國能源部JGI選擇用于測序的真菌Baker表示。“世界上大部分檸檬酸來自黑曲霉。“我們知道，這種單一的生物體可用于生產(chǎn)有機酸和酶，它可以降解植物細胞壁物質(zhì)，從而生產(chǎn)糖，”Baker說。“對于生物燃料來說，它是一種高度相關(guān)的生物體，因為它已經(jīng)被放大，顯示是安全的，并用于酶的生產(chǎn)。這就是為什么通過DNA測序進一步表征它是如此重要的有機體。“

美國能源部聯(lián)合基因組研究所(JGI)生成了黑曲霉 ATCC 1015 的3500萬個基因組基因組，這是一種用于研究的野生型菌株，導(dǎo)致了第一個專利的檸檬酸工藝。該研究中使用的另一種A.niger菌株于2007年由荷蘭的一家公司測序，并經(jīng)歷了酶生產(chǎn)的誘變和選擇。

通過分析幾個層次的基因組 - DNA，染色體，基因和蛋白質(zhì) - 貝克和他的同事在每個菌株中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個獨特基因，這些基因是其主要特征的關(guān)鍵。例如，黑曲霉 ATCC 1015具有較高的檸檬酸產(chǎn)率所涉及的性狀表達。另一方面，誘導(dǎo)的突變菌株具有與有效酶產(chǎn)生相關(guān)的更多元素。研究小組還指出，在黑曲霉誘導(dǎo)的突變株中增加酶產(chǎn)生的基因可能來自另一種曲霉菌株，通過水平基因轉(zhuǎn)移，這使得一個生物體可以獲得并使用來自其他生物的基因。

在本文的47位作者中，有30位來自歐洲。“這是將基因組測序與功能基因組學(xué)，轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)相結(jié)合的國際合作的一個很好的例子，這導(dǎo)致系統(tǒng)水平研究和兩種A.niger菌株的比較分析，”該研究的共同作者，DOE負責(zé)人Igor Grigoriev說。 JGI真菌基因組計劃。“ 在工業(yè)中使用的另外十幾種曲霉屬菌株要么被測序，要么排在DOE JGI的隊列中。更好地了解基因組內(nèi)容和組織以及重排和突變?nèi)绾螌?dǎo)致所需特性應(yīng)有助于進一步優(yōu)化這些菌株用于不同的生物產(chǎn)品。

截至2007年，全球檸檬酸市場估計約為12億美元，每年通過發(fā)酵生產(chǎn)超過500,000噸。“擁有檸檬酸生產(chǎn)真菌的基因藍圖將增加我們對生物體代謝途徑的理解，這些途徑可以通過微調(diào)來提高生產(chǎn)力或改變其新陳代謝，從可再生和可持續(xù)的植物衍生糖中生成其他綠色化學(xué)品和燃料， “諾維信公司董事Randy Berka說，他是該出版物的作者之一。

“人們認為，如果我們了解是什么讓檸檬酸工藝如此富有成效，那么我們就可以開始了解如何制造其他有機酸，這些有機酸可能是商品化學(xué)品，”貝克說。“我們現(xiàn)在擁有工具和知識基礎(chǔ)，能夠提出一些我們之前未配備基因組資源的其他重要問題。”

太平洋西北國家實驗室是能源部科學(xué)辦公室國家實驗室，跨學(xué)科團隊推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為美國在能源，國家安全和環(huán)境方面最棘手的問題提供解決方案。PNNL擁有4,900名員工，年度預(yù)算近11億美元，自1965年實驗室成立以來一直由位于俄亥俄州的Battelle管理。在Facebook，LinkedIn和Twitter上關(guān)注PNNL 。

美國能源部聯(lián)合基因組研究所在美國能源部科學(xué)辦公室的支持下，致力于推進基因組學(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)。總部位于加利福尼亞州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量測序和計算分析，使基于系統(tǒng)的科學(xué)方法能夠應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。