研究背景

擔(dān)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(dān)子菌。白腐菌是屬于擔(dān)子菌亞門的真菌，因腐朽木材呈白色而得名。白腐菌是生物界中一類奇特的絲狀真菌，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(dú)特降解能力和降解機(jī)制。白腐菌對木質(zhì)纖維素的降解很大程度上是一個復(fù)雜的酶學(xué)過程，需要一系列的水解和氧化酶的協(xié)同作用來完成，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(dān)子菌門/密孔菌屬真菌（P.coccineus、P.sanguineusand、P. puniceus、P.cinnabarinus）研究其在不同類型的纖維素基質(zhì)下相關(guān)酶的代謝情況。通過設(shè)置不同碳素培養(yǎng)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(zhuǎn)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(jī)制。

 

 

研究結(jié)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(shù)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(shù)量非常相似（平均436個CAZymes,分成108家族），并且和細(xì)胞壁降解相關(guān)的酶與其他真菌相似。說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(xì)胞壁）降解活性相關(guān)的CAZymes和FCW（真菌細(xì)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(yīng)存在差異性

利用OrthoFinder 構(gòu)建物種間保守的1:1直系同源基因，作為4個物種的保守基因。從轉(zhuǎn)錄組和蛋白組兩個方面研究Pycnoporus在不同基質(zhì)下基因表達(dá)差異和分泌蛋白表達(dá)差異。結(jié)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(dá)水平存在明顯差異。同一基質(zhì)下，三種菌上調(diào)表達(dá)和下調(diào)表達(dá)的基因差異明顯，但是三種菌在不同基質(zhì)下的基因表達(dá)趨勢基本一致。

 

 

4、物種間共同調(diào)控基因表明存在酶協(xié)同作用

通過轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，在各個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(yǎng)基中均上調(diào)表達(dá)，且與這些基因組對應(yīng)的分泌蛋白也均被檢測到，表明存在纖維素代謝中存在著纖維二糖脫氫酶和AA9溶解性多糖單氧酶協(xié)同作用。另外，同時(shí)存在產(chǎn)過氧化氫酶和耗過氧化氫酶協(xié)同作用。

總結(jié)

本文通過比較基因組，轉(zhuǎn)錄組和蛋白組等多組學(xué)方法對擔(dān)子菌門下的密孔菌屬的真菌進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)它們在木材降解反應(yīng)中存在著一些保守的酶學(xué)反應(yīng)特征，包括產(chǎn)過氧化氫酶和耗過氧化氫酶協(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說組裝效果并不好，不過從BUSCO完整性來看都在95%以上，說明基因組組裝還算完整，所以本研究在基因組比較上著墨不多。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(dān)子菌門分解木材主要是與纖維素相關(guān)的水解酶和氧化酶起著關(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手，通過比較屬間這一系列酶的異同和相關(guān)基因表達(dá)模式的異同，尋找出規(guī)律，最終得出結(jié)論。擔(dān)子菌門是比較重要的一類真菌門，涉及到擔(dān)子菌門下的真菌基因組測序比較多，本文的研究對今后的這一類真菌基因組研究有一定的參考意義。