《自然》 子刊 《Nature Communications》近期發(fā)表了中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所陳士林課題組與美國(guó)、法國(guó)等合作單位關(guān)于基因組解析推動(dòng)靈芝成為藥用模式真菌的論文，并以特別圖片(Featured Image)形式進(jìn)行了推介，隨后《今日美國(guó)》(US TODAY)以“揭秘中國(guó)‘仙草’基因組”為題報(bào)道了該研究成果。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：81130069)等項(xiàng)目的支持。
該課題組應(yīng)用光學(xué)圖譜和新一代測(cè)序技術(shù)，自主完成染色體水平靈芝基因組精細(xì)圖譜，研究顯示，靈芝基因組大小約43.3Mb，由13條染色體組成，編碼16,113個(gè)預(yù)測(cè)基因，其中包括多種細(xì)胞色素P450、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和調(diào)控因子等與次生代謝產(chǎn)物合成、運(yùn)輸和調(diào)控相關(guān)基因，是研究真菌次生代謝的理想模式物種。該研究由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所牽頭組織聯(lián)合美國(guó)田納西大學(xué)健康科學(xué)中心、美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、法國(guó)埃克斯-馬賽大學(xué)、中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院、美國(guó)國(guó)家綜合進(jìn)化研究中心等機(jī)構(gòu)的學(xué)者組建國(guó)際化研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)靈芝基因組圖譜進(jìn)行全面解析，深入探討靈芝藥用活性物質(zhì)的合成途徑及其調(diào)控機(jī)制，提出將靈芝作為中藥有效成分生物合成研究的藥用模式物種。
生物學(xué)家通過(guò)對(duì)選定的生物物種進(jìn)行科學(xué)研究，用于揭示某種具有普遍規(guī)律的生命現(xiàn)象，這種被選定的生物物種被稱為模式生物。靈芝具有模式生物的鮮明特征：易于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)和繁殖、世代短、子代多、遺傳背景清晰、容易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。隨著生物學(xué)研究進(jìn)入基因組時(shí)代，模式生物學(xué)研究策略受到更廣泛的關(guān)注，某些物種基因組的測(cè)序完成通常也會(huì)推動(dòng)該物種向模式生物發(fā)展。與酵母等低等真菌相比，靈芝具有更復(fù)雜的有性生殖世代和更明顯的形態(tài)建成與分化;與高等藥用植物相比，靈芝具有更小的基因組和更短的世代周期。此外，靈芝遺傳轉(zhuǎn)化體系成熟，化學(xué)成分清晰，使其成為研究中藥活性成分合成與調(diào)控的理想模式物種。靈芝基因組精細(xì)圖的完成將加強(qiáng)靈芝在次生代謝產(chǎn)物合成與調(diào)控、次生代謝與發(fā)育相關(guān)性等研究領(lǐng)域的模式作用，推動(dòng)中藥有效成分生物合成研究走向快速發(fā)展之路。全基因組解析推動(dòng)靈芝成為中藥活性成分生物合成研究的首個(gè)藥用模式真菌,靈芝模式物種的確立將促進(jìn)我國(guó)中藥學(xué)研究與現(xiàn)代生物學(xué)研究的結(jié)合，中藥研究正逐步走向生命科學(xué)的前沿。
原文摘要：
Genome sequence of the model medicinal mushroom Ganoderma lucidum
Ganoderma lucidum is a widely used medicinal macrofungus in traditional Chinese medicine that creates a diverse set of bioactive compounds. Here we report its 43.3-Mb genome, encoding 16,113 predicted genes, obtained using next-generation sequencing and optical mapping approaches. The sequence analysis reveals an impressive array of genes encoding cytochrome P450s (CYPs), transporters and regulatory proteins that cooperate in secondary metabolism. The genome also encodes one of the richest sets of wood degradation enzymes among all of the sequenced basidiomycetes. In all, 24 physical CYP gene clusters are identified. Moreover, 78 CYP genes are coexpressed with lanosterol synthase, and 16 of these show high similarity to fungal CYPs that specifically hydroxylate testosterone, suggesting their possible roles in triterpenoid biosynthesis. The elucidation of the G. lucidum genome makes this organism a potential model system for the study of secondary metabolic pathways and their regulation in medicinal fungi.
來(lái)自中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所、美國(guó)田納西州大學(xué)健康科學(xué)中心和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校等機(jī)構(gòu)的研究人員聯(lián)合完成了靈芝(Ganoderma lucidum)的基因組框架圖，發(fā)布在國(guó)際著名雜志《自然通訊》(Nature Communications)上。這一研究為揭示中藥活性成分生物合成的分子機(jī)制，加速優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)靈芝優(yōu)良品種的選育奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
文章的通訊作者是中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所的陳士林研究員和孫超博士。陳士林研究員現(xiàn)任中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所所長(zhǎng)、世界衛(wèi)生組織傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)合作中心主任，是教育部長(zhǎng)江學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。發(fā)表論文200余篇，曾獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。孫超博士近年來(lái)針對(duì)藥用植物丹參、金錢草、銀杏等開(kāi)展了廣泛的序列分析與鑒別研究，取得了一系列重要的成果。
靈芝，是中醫(yī)藥寶庫(kù)中的珍品，有“仙草”的美譽(yù)，它也是全球眾所周知的一種藥用大型真菌。因其藥理活性得到廣泛認(rèn)可，被收錄于《美國(guó)草藥藥典和治療綱要》中?，F(xiàn)代藥理研究表明靈芝具有多種治療活性，包括抗癌、抗高血壓、抗病毒和免疫調(diào)節(jié)活性。靈芝生成了大量的生物活性化合物，迄今為止有超過(guò)400種不同的化合物被鑒別出來(lái)，使得這一真菌成為了生產(chǎn)生物用途化合物的細(xì)胞“工廠”。 三萜類化合物和多糖是靈芝主要的兩類藥理活性化合物。除了生成這些生物活性化合物，靈芝還像其他的白腐擔(dān)子菌一樣，能夠分泌有效分解纖維素和木質(zhì)素的酶。這樣的酶活性還在生物質(zhì)利用、纖維漂白和有機(jī)污染物降解等方面具有應(yīng)用價(jià)值。
在這篇文章中，研究人員利用新一代測(cè)序和光學(xué)繪制(optical mapping )方法對(duì)單倍體核細(xì)胞的靈芝菌株260125-1進(jìn)行了全基因組測(cè)序和組裝，獲得了靈芝的全基因組圖譜，組裝得到的基因組大小約43.3Mb，預(yù)期編碼了16,113個(gè)基因。序列分析揭示了一連串令人印象深刻的基因，這些基因編碼了細(xì)胞色素P450s (CYPs)、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白等協(xié)同參與次級(jí)代謝的蛋白質(zhì)。該基因組還編碼了在所有測(cè)序擔(dān)子菌中最豐富的一套木材降解相關(guān)酶(wood degradation enzyme)?？偣茶b別出了24個(gè)CYP基因簇。此外，發(fā)現(xiàn)了78個(gè)與羊毛固醇合酶共表達(dá)的CYP基因，16個(gè)CYP顯示與可特異羥化睪酮(testosterone)的真菌CYPs具有高度相似性，表明它們可能在三萜系化合物生物合成中發(fā)揮了作用。
這些基因組信息有助于闡明這一藥用真菌中各種次級(jí)代謝物合成的分子機(jī)制。基因組序列使得有可能實(shí)現(xiàn)靈芝作為藥理活性化合物和工業(yè)酶資源的全部潛在用途。
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