加利福尼亞州沃爾特克里克 - 真菌在生態(tài)和經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮著重要作用。它們可以分解有機(jī)物質(zhì)，造成毀滅性的農(nóng)業(yè)枯萎病，進(jìn)入共生關(guān)系以保護(hù)和滋養(yǎng)植物，或提供美味的食物。對于工業(yè)應(yīng)用，真菌提供酶的來源以催化從植物生物質(zhì)產(chǎn)生生物燃料的過程。一種具有這種酶的大型真菌群是銹病植物病原體，它們不能自行生存，因此它們使用作物作為宿主，導(dǎo)致產(chǎn)量降低并且可能阻礙生長生物質(zhì)作為燃料的努力?？赡軠p少植物生物量增長從而減少生物燃料生產(chǎn)的因素是能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)調(diào)查的目標(biāo)。

發(fā)布于2011年5月2日的早期版本 美國國家科學(xué)院院刊包括真菌基因組計劃負(fù)責(zé)人Igor Grigoriev在內(nèi)的國際研究團(tuán)隊的工作，以及DOE JGI的幾位成員，比較了兩種銹菌真菌的基因組，以確定這些病原體侵入植物宿主的特征，以及制定控制可能造成的損害的方法。由法國國家農(nóng)業(yè)研究所(INRA)的共同第一作者SébastienDuplessis領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊研究了楊樹葉銹菌，同時由麻省理工學(xué)院廣泛研究所和哈佛大學(xué)以及Les Szabo的共同第一作者Christina Cuomo領(lǐng)導(dǎo)。農(nóng)業(yè)研究局美國農(nóng)業(yè)部和明尼蘇達(dá)大學(xué)分別研究了小麥和大麥莖銹菌。

在2006年社區(qū)測序計劃下使用Sanger平臺在DOE JGI進(jìn)行測序，第一個測序的樹木病原體Melampsora larici-populina的1.01億堿基對基因組在2008年公開發(fā)布。楊樹葉銹病爆發(fā)削弱了楊樹，一種候選生物能源原料，其基因組序列由美國能源部JGI于2007年出版。在這項研究中，Melampsora larici-populina與Broad研究所測序的小麥莖銹病菌進(jìn)行了比較。這種銹菌導(dǎo)致全世界大麥和小麥的大規(guī)模流行。一種名為Ug99的菌株已遍布非洲并進(jìn)入中亞，并克服了過去50年來開發(fā)的大部分抗銹病小麥品種。這是DOE JGI和Broad研究所的首次聯(lián)合真菌基因組學(xué)研究。

SébastienDuplessis表示，與小麥和其他植物不同，很難估計楊樹銹病爆發(fā)造成的經(jīng)濟(jì)損失，盡管最常見的數(shù)字表明，在主要的銹病流行之后，楊樹種植園的年增長損失高達(dá)50%。部分問題在于真菌攻擊方法。“對于一種多年生物種，例如被專性生物營養(yǎng)物攻擊的楊樹，宿主保持活著并且樹沒有被殺死，”他說。

美國能源部JGI的Grigoriev指出，楊樹銹病和小麥銹菌真相關(guān)聯(lián)，并顯示基因家族的基因組特異性擴(kuò)增。INRA的弗朗西斯·馬丁是這項研究的高級作者，也是DOE JGI的長期合作者，他說這項工作意味著研究人員現(xiàn)在擁有兩種真菌的基因組，這些真菌以非常不同的方式與楊樹相互作用。Martin及其同事參與了共生體Laccaria bicolor的研究，該基因組序列于2008年出版。“[ Melampsora基因組]將有助于更好地理解“生物能源”樹如何與其微生物同伴相互作用，“他說。格里戈里耶夫回應(yīng)了馬丁關(guān)于擁有基因組序列的好處的評論。“了解這些如何相互影響，有助于我們種植楊樹和其他作物用于生物能源生產(chǎn)，”他說。

盡管如此，該項目的目標(biāo)之一是能夠確定如何破壞真菌可以抑制宿主防御和識別的效應(yīng)器。在該論文中，研究小組描述了一種雙管齊下的攻擊，其中真菌掩蓋了它們與植物的接近程度，然后使用酶將真菌細(xì)胞壁附著到植物細(xì)胞壁上，然后侵入宿主。

Duplessis說：“對這些效應(yīng)物的精確分析，它們在寄主植物中的定位和目標(biāo)，以及它們?nèi)绾芜M(jìn)化以克服植物抗性，將有助于選擇和管理楊樹對銹病的可持續(xù)抗性。”

他說，研究人員計劃對更多的Melampsora基因組進(jìn)行測序，以更好地了解銹菌真菌適應(yīng)宿主并克服植物抗性的過程。“我們的論文表明，銹菌真菌基因組含有超過一千種這樣的小效應(yīng)物，可能會干擾植物感知系統(tǒng)和防御反應(yīng)的激活。因此，破壞效應(yīng)器進(jìn)入和動作的有針對性的方法可能是復(fù)雜的。然而，對銹菌真菌基因組進(jìn)行測序，為研究這些候選效應(yīng)子的進(jìn)化提供了很好的視角，并通過樹木種植園的育種策略進(jìn)一步確定了新的抗性。

“通過這些藍(lán)圖，我們可以在人口生物學(xué)水平上分析病原體在進(jìn)化過程中的遺傳多樣性，并適應(yīng)控制劑如殺菌劑，以制定更加協(xié)調(diào)的管理策略，”帝國理工學(xué)院分子植物生物學(xué)家Pietro Spanu說。研究霉菌的倫敦，也是一種真菌病原體。“基因組序列真的是工具包，”他說。“它們?yōu)槲覀兲峁┝擞嘘P(guān)生物體如何進(jìn)化的大量信息，使我們能夠?qū)φ婢枰蔀閷Ｐ约纳x做出假設(shè)。”

Spanu還表示，該論文是近期有關(guān)這些真菌的基因組出版物的一部分，這些信息使研究人員首次能夠看到這些病原體進(jìn)化過程中的“顯著趨同”。“這就像發(fā)現(xiàn)為了飛行你需要翅膀，每組都有不同類型的翅膀。”

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(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)。