全基因组测序揭示药用真菌猪苓菌核形成的奥秘

研究人员为探究猪苓（Polyporus umbellatus）菌核形成机制，对其进行全基因组测序，为相关研究提供关键数据。

　　在神秘的真菌世界里，有一种备受瞩目的药用真菌 —— 猪苓（Polyporus umbellatus）。它在亚洲可是大名鼎鼎，不仅能食用，更是传统中医里的一剂良方，其菌核用于治病已有上千年历史。近年来，从猪苓菌核中提取的多糖展现出强大的生物活性，比如抗癌、免疫调节、抗氧化、抗炎以及保护肾脏等作用，这让猪苓的价值愈发凸显。

然而，猪苓的生存现状却不容乐观。由于生长周期漫长，通常需要 3 - 4 年菌核才能成熟采收，再加上保护不足、过度采挖以及栖息地遭到严重破坏，野生猪苓资源正迅速减少。目前人工培育猪苓菌核主要依靠其与共生真菌蜜环菌属（Armillaria species）进行无性繁殖，但这种方式也面临诸多挑战。

更为关键的是，科学界对猪苓生长的研究少之又少，尤其是菌核形成机制，就像一层神秘的面纱，始终未被揭开。之前的研究发现，猪苓菌核形成受非生物胁迫（如低温、缺氧、渗透胁迫），以及共生蜜环菌和相关细菌入侵的诱导，但背后的分子机制仍是未知数。为了深入了解猪苓生长、发育以及菌核形成的分子机制，来自陕西中医药大学、中国中医科学院、齐鲁工业大学（山东省科学院）、江苏大学等机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《BMC Genomic Data》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是基因组测序技术，利用 Illumina 和 Pacbio 测序平台对猪苓进行测序，分别获得 5.73 Gbp 和 7.29 Gbp 的最终清洁读数。之后运用生物信息学分析方法，对测序数据进行处理，完成猪苓基因组的组装、注释，以及对基因功能、非编码 RNA、碳水化合物活性酶（CAZymes）、生物合成基因簇等的分析，还通过与公共数据库比对来注释蛋白编码基因。

下面来看看具体的研究结果：

1. 基因组特征：猪苓基因组最终组装包含 318 个支架，大小约为 79.74 Mb，GC 含量达 50.63%，N50 为 969.73 Kbp 。基因组中重复序列占比 58.62%（46.75 Mp），其中长末端重复序列（LTR）最多，占 43.43%。非编码 RNA 方面，有 488 个转运 RNA（tRNAs）、25 个小核 RNA（snRNAs）和 741 个微小 RNA（miRNAs） 。核糖体 RNA 基因由 22 个 2121 bp 的 28S 亚基、51 个 15,804 bp 的 18S 亚基和 9 个 900 bp 的 5.8S 亚基组成。通过 Benchmarking Universal Single - Copy Orthologs（BUSCO）评估，发现基因组组装完整性较高，包含 96.2%（920/956）的完整 BUSCO 基因。
2. 基因预测与注释：研究预测出猪苓基因组共有 10,864 个编码序列（CDSs），平均长度 1,339 bp，编码基因累积长度占全基因组的 24.3%，每个基因平均外显子数为 5.79 。在相似性搜索中，94.4%（10,258/10,864）的蛋白编码基因能匹配到公共数据库。其中，6,062 个基因可在所有数据库中注释，5,340 个预测蛋白有基因本体论（GO）注释，6,955 个有京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路注释。猪苓有 6,780 个基因被归类到非监督直系同源组（NOG），主要集中在 “翻译后修饰、蛋白质周转、分子伴侣”“碳水化合物运输和代谢”“细胞内运输、分泌和囊泡运输” 等类别。
3. CAZymes 分析：在猪苓基因组中鉴定出 330 个候选 CAZymes，包括 152 个糖苷水解酶（GHs）、86 个辅助活性酶（AAs）、41 个碳水化合物结合模块（CBMs）、33 个糖基转移酶（GTs）、11 个碳水化合物酯酶（CEs）和 7 个多糖裂解酶（PLs） 。在 152 个 GHs 中，只有 24 种酶可用于消化植物细胞壁多糖，包含 6 种纤维素酶、6 种半纤维素酶和 12 种果胶酶。
4. 生物合成基因簇：通过 antiSMASH 分析，发现猪苓至少拥有 21 个参与生物合成的基因簇，包括 10 个萜烯基因簇、4 个类非核糖体肽合成酶（NRPS - like）基因簇、5 个 I 型聚酮合酶（T1PKS）基因簇、1 个真菌核糖体合成和翻译后修饰肽（fungal - RiPPlike）基因簇以及 1 个其他基因簇。

研究结论表明，猪苓全基因组的测序、组装和注释，为深入了解与菌核发育相关的基因组结构、遗传学、进化和系统发育提供了宝贵信息。这些数据对于猪苓的驯化、培育、生产以及药用特性评估至关重要，为解决猪苓野生资源短缺问题，推动其可持续利用奠定了坚实的基础。不过，该研究也存在一定局限性，目前猪苓基因组组装还不完整，缺乏染色体水平信息，后续研究可借助纳米孔测序技术，进一步提升基因组组装的完整性和准确性，从而更深入地探究猪苓生长和菌核形成的分子机制。