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    中国灵芝“仙草”基因组解析研究成果


    【发布日期】:2013-01-05  【来源】:www.lzbzf315.net  【作者】:管理员
    【核心提示】:灵芝孢子粉315网-《自然》 子刊近期发表了中国医学科学院药用植物研究所陈士林课题组与美国、法国等合作单位关于基因组解析推动灵芝成为药用模式真菌的论文。对灵芝基因组图谱进行全面解析,深入探讨灵芝药用活性物质的合成途径及其调控机制,提出将灵芝作为中药有效成分生物合成研究的药用模式物种。


          《自然》 子刊 《Nature Communications》近期发表了中国医学科学院药用植物研究所陈士林课题组与美国、法国等合作单位关于基因组解析推动灵芝成为药用模式真菌的论文,并以特别图片(Featured Image)形式进行了推介,随后《今日美国》(US TODAY)以“揭秘中国‘仙草’基因组”为题报道了该研究成果。该研究得到了国家自然科学基金委员会重点项目(项目编号:81130069)等项目的支持。

          该课题组应用光学图谱和新一代测序技术,自主完成染色体水平灵芝基因组精细图谱,研究显示,灵芝基因组大小约43.3Mb,由13条染色体组成,编码16,113个预测基因,其中包括多种细胞色素P450、转运蛋白和调控因子等与次生代谢产物合成、运输和调控相关基因,是研究真菌次生代谢的理想模式物种。该研究由中国医学科学院药用植物研究所牵头组织联合美国田纳西大学健康科学中心、美国威斯康星大学麦迪逊分校、法国埃克斯-马赛大学、中国中医科学院、美国国家综合进化研究中心等机构的学者组建国际化研究团队,对灵芝基因组图谱进行全面解析,深入探讨灵芝药用活性物质的合成途径及其调控机制,提出将灵芝作为中药有效成分生物合成研究的药用模式物种。


                               
     

          生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象,这种被选定的生物物种被称为模式生物。灵芝具有模式生物的鲜明特征:易于在实验室内培养和繁殖、世代短、子代多、遗传背景清晰、容易进行实验操作、对人体和环境无害。随着生物学研究进入基因组时代,模式生物学研究策略受到更广泛的关注,某些物种基因组的测序完成通常也会推动该物种向模式生物发展。与酵母等低等真菌相比,灵芝具有更复杂的有性生殖世代和更明显的形态建成与分化;与高等药用植物相比,灵芝具有更小的基因组和更短的世代周期。此外,灵芝遗传转化体系成熟,化学成分清晰,使其成为研究中药活性成分合成与调控的理想模式物种。灵芝基因组精细图的完成将加强灵芝在次生代谢产物合成与调控、次生代谢与发育相关性等研究领域的模式作用,推动中药有效成分生物合成研究走向快速发展之路。全基因组解析推动灵芝成为中药活性成分生物合成研究的首个药用模式真菌,灵芝模式物种的确立将促进我国中药学研究与现代生物学研究的结合,中药研究正逐步走向生命科学的前沿。

          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.

           

          来自中国医学科学院药用植物研究所、美国田纳西州大学健康科学中心和威斯康星大学麦迪逊分校等机构的研究人员联合完成了灵芝(Ganoderma lucidum)的基因组框架图,发布在国际著名杂志《自然通讯》(Nature Communications)上。这一研究为揭示中药活性成分生物合成的分子机制,加速优质、高产灵芝优良品种的选育奠定了坚实的基础。
     
          文章的通讯作者是中国医学科学院药用植物研究所的陈士林研究员和孙超博士。陈士林研究员现任中国医学科学院药用植物研究所所长、世界卫生组织传统医学合作中心主任,是教育部长江学者创新团队负责人。发表论文200余篇,曾获得国家科技进步二等奖2项。孙超博士近年来针对药用植物丹参、金钱草、银杏等开展了广泛的序列分析与鉴别研究,取得了一系列重要的成果。
     

     
          灵芝,是中医药宝库中的珍品,有“仙草”的美誉,它也是全球众所周知的一种药用大型真菌。因其药理活性得到广泛认可,被收录于《美国草药药典和治疗纲要》中。现代药理研究表明灵芝具有多种治疗活性,包括抗癌、抗高血压、抗病毒和免疫调节活性。灵芝生成了大量的生物活性化合物,迄今为止有超过400种不同的化合物被鉴别出来,使得这一真菌成为了生产生物用途化合物的细胞“工厂”。 三萜类化合物和多糖是灵芝主要的两类药理活性化合物。除了生成这些生物活性化合物,灵芝还像其他的白腐担子菌一样,能够分泌有效分解纤维素和木质素的酶。这样的酶活性还在生物质利用、纤维漂白和有机污染物降解等方面具有应用价值。
     
          在这篇文章中,研究人员利用新一代测序和光学绘制(optical mapping )方法对单倍体核细胞的灵芝菌株260125-1进行了全基因组测序和组装,获得了灵芝的全基因组图谱,组装得到的基因组大小约43.3Mb,预期编码了16,113个基因。序列分析揭示了一连串令人印象深刻的基因,这些基因编码了细胞色素P450s (CYPs)、转运蛋白和调节蛋白等协同参与次级代谢的蛋白质。该基因组还编码了在所有测序担子菌中最丰富的一套木材降解相关酶(wood degradation enzyme)。总共鉴别出了24个CYP基因簇。此外,发现了78个与羊毛固醇合酶共表达的CYP基因,16个CYP显示与可特异羟化睾酮(testosterone)的真菌CYPs具有高度相似性,表明它们可能在三萜系化合物生物合成中发挥了作用。
     
          这些基因组信息有助于阐明这一药用真菌中各种次级代谢物合成的分子机制。基因组序列使得有可能实现灵芝作为药理活性化合物和工业酶资源的全部潜在用途。 

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