Обнаруженные в микробных сообществах по всему миру грибы Aspergillus являются патогенами, разлагателями и важными источниками биотехнологически важных ферментов. Известно, что каждый вид Aspergillus содержит более 250 углеводно-активных ферментов (CAzymes), которые разрушают клеточные стенки растений и представляют интерес для исследователей Министерства энергетики (DOE), работающих над промышленным производством устойчивых альтернативных видов топлива с использованием культур-кандидатов в качестве биоэнергетического сырья. Кроме того, считается, что каждый вид грибов содержит более 40 вторичных метаболитов, небольших молекул, которые могут действовать как биотопливо и химические промежуточные соединения.
В исследовании, опубликованном 8 января 2018 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, группа исследователей из Технического университета Дании (DTU), Объединенного института генома Министерства энергетики США (JGI), Центр научных исследований Министерства энергетики США и Объединенный институт биоэнергетики Министерства энергетики США (JBEI), возглавляемый Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли (Лаборатория Беркли), сообщают о первых результатах долгосрочного плана по секвенированию, аннотированию и анализу геномов 300 видов Aspergillus. грибы. Эти результаты являются доказательством концепции новых методов функциональной аннотации геномов для более быстрой идентификации интересующих генов.
«Это первый результат крупномасштабного секвенирования более 300 видов Aspergillus», - сказал соавтор исследования Игорь Григорьев, руководитель программы JGI Fungal Genomics.«В связи со стратегическим сдвигом JGI в сторону функциональной геномики это исследование иллюстрирует несколько новых подходов к функциональной аннотации генов. Многие подходы основаны на экспериментах и проходят ген за геном через отдельные геномы. Используя Aspergillus, мы секвенируем множество близкородственных геномов. чтобы выделить и сравнить различия между геномами. Сравнительный анализ близкородственных видов с различными метаболическими профилями может привести к тому, что относительно небольшое количество видоспецифичных кластеров генов вторичного метаболизма будет сопоставлено с относительно небольшим количеством уникальных метаболитов ».
В ходе исследования команда секвенировала и аннотировала 6 видов Aspergillus; 4 были секвенированы с использованием платформы Pacific Biosciences, что позволило получить сборки генома очень высокого качества, которые могут служить эталонными штаммами для будущих сравнительных геномных анализов. Затем был проведен сравнительный анализ с участием этих геномов и других геномов Aspergillus, некоторые из которых были секвенированы JGI, что позволило команде идентифицировать кластеры биосинтетических генов для представляющих интерес вторичных метаболитов.
«Одним из интересных моментов, которые мы здесь обнаружили, было разнообразие видов, которые мы изучали - мы выбрали четыре, которые были отдаленно связаны», - сказал старший автор исследования Микаэль Р. Андерсен, профессор DTU. «С этим разнообразием приходит и химическое разнообразие, поэтому мы смогли найти гены-кандидаты для некоторых очень разных типов соединений. Это было основано на новом методе анализа, разработанном первым автором Инге Кьербеллинг. Кроме того, мы также показали, как подтвердить эти предсказания. для данного соединения путем секвенирования дополнительных геномов видов, которые, как известно, производят это соединение. Путем поиска генов, обнаруженных во всех видах-продуцентах, мы можем точно определить гены."
Соавтор исследования Скотт Бейкер, исследователь грибов в Лаборатории молекулярных наук об окружающей среде, пользовательском центре Министерства энергетики США, расположенном в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, и член отдела деконструкции JBEI, объяснил, почему поиск генов-кандидатов для различных составных веществ.«Вторичные метаболиты важны, потому что они представляют такую интересную и новую химию в отношении биосинтеза молекул, которые могут быть биотопливом, предшественниками биотоплива или биопродуктами», - сказал он. «Несмотря на то, что определение структуры очищенных вторичных метаболитов требует значительных усилий, часто это относительно просто. Однако связать эти молекулы с путями их биосинтеза может быть довольно сложно. Мы показываем, что использование сравнительной геномики может эффективно привести к разумным предсказаниям кластеры, участвующие в биосинтетических путях».
Григорьев добавил, что на сегодняшний день опубликовано около 30 геномов Aspergillus, еще 25 геномов находятся в открытом доступе на портале геномов грибов JGI Mycocosm, и более 100 геномов секвенируются и анализируются.