中国医学科学院Nature子刊揭秘灵芝基因密码

　　

生物通报道  来自中国医学科学院药用植物研究所、美国田纳西州大学健康科学中心和威斯康星大学麦迪逊分校等机构的研究人员联合完成了灵芝（Ganoderma lucidum）的基因组框架图，发布在国际著名杂志《自然通讯》（Nature Communications）上。这一研究为揭示中药活性成分生物合成的分子机制，加速优质、高产灵芝优良品种的选育奠定了坚实的基础。

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文章的通讯作者是中国医学科学院药用植物研究所的陈士林研究员和孙超博士。陈士林研究员现任中国医学科学院药用植物研究所所长、世界卫生组织传统医学合作中心主任，是教育部****创新团队负责人。发表论文200余篇，曾获得国家科技进步二等奖2项。孙超博士近年来针对药用植物丹参、金钱草、银杏等开展了广泛的序列分析与鉴别研究，取得了一系列重要的成果。

灵芝，是中医药宝库中的珍品，有“仙草”的美誉，它也是全球众所周知的一种药用大型真菌。因其药理活性得到广泛认可，被收录于《美国草药药典和治疗纲要》中。现代药理研究表明灵芝具有多种治疗活性，包括抗癌、抗高血压、抗病毒和免疫调节活性。灵芝生成了大量的生物活性化合物，迄今为止有超过400种不同的化合物被鉴别出来，使得这一真菌成为了生产生物用途化合物的细胞“工厂”。 三萜类化合物和多糖是灵芝主要的两类药理活性化合物。除了生成这些生物活性化合物，灵芝还像其他的白腐担子菌一样，能够分泌有效分解纤维素和木质素的酶。这样的酶活性还在生物质利用、纤维漂白和有机污染物降解等方面具有应用价值。

在这篇文章中，研究人员利用新一代测序和光学绘制（optical mapping ）方法对单倍体核细胞的灵芝菌株260125-1进行了全基因组测序和组装，获得了灵芝的全基因组图谱，组装得到的基因组大小约43.3Mb，预期编码了16,113个基因。序列分析揭示了一连串令人印象深刻的基因，这些基因编码了细胞色素P450s (CYPs)、转运蛋白和调节蛋白等协同参与次级代谢的蛋白质。该基因组还编码了在所有测序担子菌中最丰富的一套木材降解相关酶（wood degradation enzyme）。总共鉴别出了24个CYP基因簇。此外，发现了78个与羊毛固醇合酶共表达的CYP基因，16个CYP显示与可特异羟化睾酮（testosterone）的真菌CYPs具有高度相似性，表明它们可能在三萜系化合物生物合成中发挥了作用。

这些基因组信息有助于阐明这一药用真菌中各种次级代谢物合成的分子机制。基因组序列使得有可能实现灵芝作为药理活性化合物和工业酶资源的全部潜在用途。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genome sequence of the model medicinal mushroom Ganoderma lucidum

Ganoderma lucidum is a widely used medicinal macrofungus in traditional Chinese medicine that creates a diverse set of bioactive compounds. Here we report its 43.3-Mb genome, encoding 16,113 predicted genes, obtained using next-generation sequencing and optical mapping approaches. The sequence analysis reveals an impressive array of genes encoding cytochrome P450s (CYPs), transporters and regulatory proteins that cooperate in secondary metabolism. The genome also encodes one of the richest sets of wood degradation enzymes among all of the sequenced basidiomycetes. In all, 24 physical CYP gene clusters are identified. Moreover, 78 CYP genes are coexpressed with lanosterol synthase, and 16 of these show high similarity to fungal CYPs that specifically hydroxylate testosterone, suggesting their possible roles in triterpenoid biosynthesis. The elucidation of the G. lucidum genome makes this organism a potential model system for the study of secondary metabolic pathways and their regulation in medicinal fungi.

作者简介：

陈士林研究员
现任中国医学科学院药用植物研究所所长、世界卫生组织传统医学合作中心主任；1978-1982年湖北中医学院获学士学位，成都中医药大学获得硕士、博士学位；曾担任香港理工大学访问教授，并在英国皇家植物园丘园接受专业培训、哈佛医学院Mclean Hospital 做访问学者等。现兼任“濒危药材繁育”国家工程实验室主任、中国药学会中药与天然药物专业委员会主任委员、中国野生植物保护协会野生药用植物保育委员会主席等。 　　

教育部****创新团队负责人,并担任Chinese Herbal Medicines副主编、《药学学报》副主编，国际国内十余种学术刊物的编委；创立了基于GIS的中药材产地适宜区分析平台,完成了中国常用中药材的产地适宜性数值区划,编著出版《中国药材产地生态适宜性区划》（科学出版社）；在国际上首次验证并提出ITS2作为药用植物鉴定的通用DNA条形码序列，完成了常用中药材原植物DNA条形码鉴定，主编《中药DNA条形码分子鉴定》、《中华人民共和国药典中药材及原植物彩色图鉴》等书籍。担任国家药典委员会委员、美国药典传统中药咨询组顾问。获得国家科技进步二等奖2项；发表论文200余篇,其中SCI论文100余篇,包括Cladistics、PNAS、Nat Prod Rep、 PLoS ONE等国际著名期刊。