SMRT测序技术打造高质量产能菌株曲霉菌基因组

　　

能源产业作为21世纪三大支柱产业之一，一直以来是人们所重点关心的领域。传统能源的不断消耗，使得人们不得不开发新型能源来弥补缺口，而其中生物能源由于其可再生，环保等优点，逐渐成为能源领域研究的热点。能源部着眼于我们生物能源的发展需要，提出利用曲霉属（Aspergillus）获取生物能源这一方案。此属在自然界分布极广，含有数百种变异，一方面不少菌种是引起多种物质霉腐的病原体之一（如面包腐败、煤生物分解及皮革变质等）；另外一方面很多菌种被用于各种有益物质的生产，在工业微生物中用于生产生物活性的次级代谢产物。

美国能源部联合基因组研究所（JGI）已经开展了一项计划，对300种曲霉菌的基因组进行测序，注释和分析，目前**批结果已经公布。

2018年1月23日，由美国能源部联合生物能源研究所（JBEI）和丹麦技术大学（DTU）合作，JGI研究人员领导的研究小组在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（PNAS）在线发表题为“Linking secondary metabolites to gene clusters through genome sequencing of six diverse Aspergillus species” 的文章。作者利用PacBio SMRT测序技术对四种不同的曲霉菌种（A. campestris，A. novofumigatus，A. ochraceoroseus和A. steynii）进行测序，产生了高质量的可用于后期比较基因组学分析的参考基因组。

此外，作者对另外两个菌株（A. taichungensis和A. candidus）进行illumina测序组装，并和其他的曲霉菌基因组进行比较分析，鉴定出重要次级代谢产物（SM）的生物合成基因簇。六个菌株测序组装结果如下图，长读长SMRT测序技术较短读长技术组装的基因组Scaffold数量更少，基因组更加完整。

Table 1: Overview of sequencing and annotation data for the four investigated PacBio-sequenced species, plus two additional Illumina-sequenced species

本文通讯作者丹麦技术大学Mikael R. Andersen博士提道：“四个亲缘关系较远的菌种之间存在非常大的生物多样性，这种多样性非常利于为多样性化合物找到候选基因。” Andersen博士补充道：“使用我们开发的新分析方法，我们找到了所有发现的已知基因，并能够精确地定位基因”。作者后续对各曲霉菌株的毒性和致病性进行深入研究。

已知曲霉菌中含有超过250种可分解植物细胞壁碳水化合物活性酶（CAzymes）。基于高质量参考基因组进行后期生物合成、功能代谢的研究有助于能源部利用更多的生物能源原料作物挖掘更多的可持续发展燃料。

美国能源部研究人员对曲霉真菌物种的次生代谢产物很感兴趣，因为这些小分子有潜力充当生物燃料和化学中间体。文章另一作者环境分子科学实验室的研究员Scott Baker说道：“确定纯化的次生代谢产物的结构通常十分简单，但将这些分子整合到它们的生物合成途径中是相当具有挑战性的。使用比较基因组学可以有效地预测参与生物合成途径的基因簇 ”。

作者希望通过表征次生代谢物的特性和作用及其生成所必需的基因，进而发现可能的工具，用于提高将难处理的生物质加工成生物燃料和生物制品前体的能力。

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