Genome Mining 揭示出 Aureobasidium pullulans NRRL 62031 在生物技术领域的巨大潜力

【字体: 时间:2025年03月14日 来源:BMC Genomics 3.5

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  为挖掘 Aureobasidium pullulans NRRL 62031 的生物技术潜力,研究人员对其基因组进行分析,发现其具多种代谢能力,可生产多种生物产品,对生物技术发展意义重大。

  在微生物生物技术蓬勃发展的当下,传统石油基化学工艺的弊端日益凸显,人们急需寻找更环保、高效的替代方案。微生物发酵凭借其低排放、可利用廉价碳源等优势,成为研究热点。Aureobasidium pullulans(一种类似酵母的真菌)因具有高度多样化的代谢网络,被视为潜在的真菌底盘用于生物技术领域,其能够产生如 pullulan(一种可生物降解的细胞外同多糖)等具有商业价值的产品。然而,目前对于该真菌的基因组研究仍不够深入,其生物合成潜力、代谢途径以及生理特性尚未完全明晰,这限制了其在生物技术领域的广泛应用。
为了深入挖掘 Aureobasidium pullulans NRRL 62031 的生物技术潜力,来自 RWTH Aachen University 的研究人员开展了相关研究。他们对 Aureobasidium pullulans NRRL 62031 进行了全基因组测序和分析,旨在揭示其生物合成和生物降解能力、代谢多样性等。该研究成果发表在《BMC Genomics》上,为推动微生物生物技术的发展提供了重要依据。

在研究方法上,研究人员首先对 A. pullulans NRRL 62031 进行基因组 DNA 制备和从头测序,运用多种软件进行基因组组装、基因预测、注释及 DNA 重复元件分析。利用 antiSMASH 分析其二次代谢产物生物合成基因簇(BGCs),通过系统发育分析和比较基因组分析确定其分类地位和进化关系。此外,还进行了细胞生长测量、胞外酶活性检测、产物纯化与水解以及真菌倍性分析等实验。

在研究结果部分,研究人员首先对 A. pullulans NRRL 62031 的基因组进行测序和分析,发现其基因组大小为 25.05 Mb,GC 含量为 50%,预测有 9,241 个蛋白质编码基因。基因组组装质量较高,且该菌株为单倍体,基因组相对稳定。通过系统发育分析和平均核苷酸同一性(ANI)分析,发现 A. pullulans NRRL 62031 可能应重新分类为 A. melanogenum。基因注释结果显示,该菌株具有较高的代谢和催化潜力,在碳水化合物代谢和氨基酸代谢方面表现突出,且有大量基因参与信号转导。研究人员对 A. pullulans NRRL 62031 在多种碳源上的生长动力学进行研究,发现其能利用多种碳源,包括糖类、多元醇、有机酸和 1,4 - 丁二醇等。同时,还确定了参与这些碳源利用的关键酶和转运蛋白。此外,该菌株在植物多糖水解方面表现出较高的潜力,拥有多种编码水解酶的基因,且通过实验证实其能分泌胞外纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶。研究人员还利用 antiSMASH 分析鉴定出 23 个 BGCs,确定了与黑色素、pullulan、polymalate(PMA)和多元醇脂质等生物合成相关的基因簇,并通过实验验证了这些生物产品的合成。最后,研究人员预测 A. pullulans NRRL 62031 可能合成其他有价值的代谢产物,如低聚果糖、葡萄糖酸、β - 葡聚糖和 aureobasidin A 等,但这些仍需实验进一步验证。

在结论与讨论部分,该研究全面分析了 A. pullulans NRRL 62031 的基因组和表型,为其在生物技术领域的应用提供了重要信息。重新分类的发现有助于更准确地了解该菌株的生物学特性。其多样的代谢能力和生物合成潜力,使其有望成为生产多种生物产品的微生物细胞工厂,应用于制药、化妆品和食品等行业。然而,目前仍有一些问题有待解决,如部分预测的 BGCs 功能尚未明确,一些潜在代谢产物的合成还需实验验证等。未来的研究可以在此基础上进一步深入,通过代谢工程和合成生物学手段,优化该菌株的性能,提高生物产品的产量和质量,为生物技术产业的发展开辟新的道路。
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