密孔菌降解木材效應存在著保守的酶解反應機制

 

研究背景

擔子菌在木材分解方面具有重要的意義,大部分能夠降解木材的物種都屬于擔子菌。白腐菌是屬于擔子菌亞門的真菌，因腐朽木材呈白色而得名。白腐菌是生物界中一類奇特的絲狀真菌，是能夠降解木材主要成分(纖維素、木質素和半纖維素)的微生物之一，它們對各種異生物質具有獨特降解能力和降解機制。白腐菌對木質纖維素的降解很大程度上是一個復雜的酶學過程，需要一系列的水解和氧化酶的協(xié)同作用來完成，而且不同的白腐菌對不同的木質纖維素的降解程度也差異甚大。

 

 

研究方法和思路

選取四種不同地理分布的擔子菌門/密孔菌屬真菌（P.coccineus、P.sanguineusand、P. puniceus、P.cinnabarinus）研究其在不同類型的纖維素基質下相關酶的代謝情況。通過設置不同碳素培養(yǎng)基：麥芽糖（對照）、秸稈、松木、楊木，模擬對自然界中不同材質的木材的分解能力。探究Pycnoporus屬在基因組、轉錄組、分泌蛋白組層面的共性和差異性，以期找出它們在木質纖維素降解上存在的共性機制。

 

 

研究結果

1、基因組測序和組裝

分別對P.coccineus、P.sanguineusand、P. puniceus、P.cinnabarinus的基因組進行測序和組裝，四種真菌基因組大小差異不大，編碼基因組的數量上也比較接近。

測序平臺和組裝方法

 

2、4種Pycnoporus真菌具有相似的碳水化合物活性酶家族 (CAZYme)

對Pycnoporus真菌和其他木材降解真菌中的CAZyme基因含量的進行比較分析。4種Pycnoporus菌中CAZyme基因數量非常相似（平均436個CAZymes,分成108家族），并且和細胞壁降解相關的酶與其他真菌相似。說明在白腐菌中碳水化合物活性酶參與的作用模式比較接近。

與褐腐菌相比，白腐菌含有更高比例的PCW（植物細胞壁）降解活性相關的CAZymes和FCW（真菌細胞壁）降解活性相關的CAZymes，這也是白腐菌與褐腐菌降解木質纖維素的能力不同的重要原因。

 

3、Pycnoporus屬間對不同木質纖維素基質響應存在差異性

利用OrthoFinder 構建物種間保守的1:1直系同源基因，作為4個物種的保守基因。從轉錄組和蛋白組兩個方面研究Pycnoporus在不同基質下基因表達差異和分泌蛋白表達差異。結果表明：在不同的基質下，物種間保守的直系同源基因表達水平存在明顯差異。同一基質下，三種菌上調表達和下調表達的基因差異明顯，但是三種菌在不同基質下的基因表達趨勢基本一致。

 

 

4、物種間共同調控基因表明存在酶協(xié)同作用

通過轉錄組研究發(fā)現，在各個物種中纖維二糖脫氫酶（CDH）和AA9溶解性多糖單氧酶基因在纖維素培養(yǎng)基中均上調表達，且與這些基因組對應的分泌蛋白也均被檢測到，表明存在纖維素代謝中存在著纖維二糖脫氫酶和AA9溶解性多糖單氧酶協(xié)同作用。另外，同時存在產過氧化氫酶和耗過氧化氫酶協(xié)同作用。

總結

本文通過比較基因組，轉錄組和蛋白組等多組學方法對擔子菌門下的密孔菌屬的真菌進行研究，發(fā)現它們在木材降解反應中存在著一些保守的酶學反應特征，包括產過氧化氫酶和耗過氧化氫酶協(xié)同作用，纖維二糖脫氫酶和AA9溶解性多糖單氧酶協(xié)同作用。

 

點評

文章中基因組測序平臺有二代也有三代，從基因組組裝角度來說組裝效果并不好，不過從BUSCO完整性來看都在95%以上，說明基因組組裝還算完整，所以本研究在基因組比較上著墨不多。如果基因組組裝效果更好一些，可以進一步升華一下同屬下基因組共線性方面的研究，比如共有或特有的基因簇，或者基因簇間PAV分析等。

我們知道擔子菌門分解木材主要是與纖維素相關的水解酶和氧化酶起著關鍵作用。因此文章整體思路比較明確，從纖維素代謝相關的這些水解酶和氧化酶方面著手，通過比較屬間這一系列酶的異同和相關基因表達模式的異同，尋找出規(guī)律，最終得出結論。擔子菌門是比較重要的一類真菌門，涉及到擔子菌門下的真菌基因組測序比較多，本文的研究對今后的這一類真菌基因組研究有一定的參考意義。