研究背景
擔子菌在木材分解方面具有重要的意義,大部分能夠降解木材的物種都屬于擔子菌。白腐菌是屬于擔子菌亞門(mén)的真菌,因腐朽木材呈白色而得名。白腐菌是生物界中一類(lèi)奇特的絲狀真菌,是能夠降解木材主要成分(纖維素、木質(zhì)素和半纖維素)的微生物之一,它們對各種異生物質(zhì)具有獨特降解能力和降解機制。白腐菌對木質(zhì)纖維素的降解很大程度上是一個(gè)復雜的酶學(xué)過(guò)程,需要一系列的水解和氧化酶的協(xié)同作用來(lái)完成,而且不同的白腐菌對不同的木質(zhì)纖維素的降解程度也差異甚大。
研究方法和思路
選取四種不同地理分布的擔子菌門(mén)/密孔菌屬真菌(P.coccineus、P.sanguineusand、P. puniceus、P.cinnabarinus)研究其在不同類(lèi)型的纖維素基質(zhì)下相關(guān)酶的代謝情況。通過(guò)設置不同碳素培養基:麥芽糖(對照)、秸稈、松木、楊木,模擬對自然界中不同材質(zhì)的木材的分解能力。探究Pycnoporus屬在基因組、轉錄組、分泌蛋白組層面的共性和差異性,以期找出它們在木質(zhì)纖維素降解上存在的共性機制。
研究結果
1、基因組測序和組裝
分別對P.coccineus、P.sanguineusand、P. puniceus、P.cinnabarinus的基因組進(jìn)行測序和組裝,四種真菌基因組大小差異不大,編碼基因組的數量上也比較接近。
測序平臺和組裝方法
2、4種Pycnoporus真菌具有相似的碳水化合物活性酶家族 (CAZYme)
對Pycnoporus真菌和其他木材降解真菌中的CAZyme基因含量的進(jìn)行比較分析。4種Pycnoporus菌中CAZyme基因數量非常相似(平均436個(gè)CAZymes,分成108家族),并且和細胞壁降解相關(guān)的酶與其他真菌相似。說(shuō)明在白腐菌中碳水化合物活性酶參與的作用模式比較接近。
與褐腐菌相比,白腐菌含有更高比例的PCW(植物細胞壁)降解活性相關(guān)的CAZymes和FCW(真菌細胞壁)降解活性相關(guān)的CAZymes,這也是白腐菌與褐腐菌降解木質(zhì)纖維素的能力不同的重要原因。
3、Pycnoporus屬間對不同木質(zhì)纖維素基質(zhì)響應存在差異性
利用OrthoFinder 構建物種間保守的1:1直系同源基因,作為4個(gè)物種的保守基因。從轉錄組和蛋白組兩個(gè)方面研究Pycnoporus在不同基質(zhì)下基因表達差異和分泌蛋白表達差異。結果表明:在不同的基質(zhì)下,物種間保守的直系同源基因表達水平存在明顯差異。同一基質(zhì)下,三種菌上調表達和下調表達的基因差異明顯,但是三種菌在不同基質(zhì)下的基因表達趨勢基本一致。
4、物種間共同調控基因表明存在酶協(xié)同作用
通過(guò)轉錄組研究發(fā)現,在各個(gè)物種中纖維二糖脫氫酶(CDH)和AA9溶解性多糖單氧酶基因在纖維素培養基中均上調表達,且與這些基因組對應的分泌蛋白也均被檢測到,表明存在纖維素代謝中存在著(zhù)纖維二糖脫氫酶和AA9溶解性多糖單氧酶協(xié)同作用。另外,同時(shí)存在產(chǎn)過(guò)氧化氫酶和耗過(guò)氧化氫酶協(xié)同作用。
總結
本文通過(guò)比較基因組,轉錄組和蛋白組等多組學(xué)方法對擔子菌門(mén)下的密孔菌屬的真菌進(jìn)行研究,發(fā)現它們在木材降解反應中存在著(zhù)一些保守的酶學(xué)反應特征,包括產(chǎn)過(guò)氧化氫酶和耗過(guò)氧化氫酶協(xié)同作用,纖維二糖脫氫酶和AA9溶解性多糖單氧酶協(xié)同作用。
點(diǎn)評
文章中基因組測序平臺有二代也有三代,從基因組組裝角度來(lái)說(shuō)組裝效果并不好,不過(guò)從BUSCO完整性來(lái)看都在95%以上,說(shuō)明基因組組裝還算完整,所以本研究在基因組比較上著(zhù)墨不多。如果基因組組裝效果更好一些,可以進(jìn)一步升華一下同屬下基因組共線(xiàn)性方面的研究,比如共有或特有的基因簇,或者基因簇間PAV分析等。
我們知道擔子菌門(mén)分解木材主要是與纖維素相關(guān)的水解酶和氧化酶起著(zhù)關(guān)鍵作用。因此文章整體思路比較明確,從纖維素代謝相關(guān)的這些水解酶和氧化酶方面著(zhù)手,通過(guò)比較屬間這一系列酶的異同和相關(guān)基因表達模式的異同,尋找出規律,最終得出結論。擔子菌門(mén)是比較重要的一類(lèi)真菌門(mén),涉及到擔子菌門(mén)下的真菌基因組測序比較多,本文的研究對今后的這一類(lèi)真菌基因組研究有一定的參考意義。