加利福尼亚州沃尔特克里克 - 受房地产经纪人和房主的影响，由于真菌Serpula lacrymans造成的干腐病对世界各地的房屋和建筑造成数百万美元的损失。这种褐腐真菌能够分解木材中的纤维素，导致其在2007年被美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)选择进行测序，其目标是确定降解过程中涉及的酶和利用这些信息改善纤维素生物燃料的生产。

正如7月14日在线科学快报在线报道的那样，包括DOE JGI研究人员在内的国际科学家团队比较了Serpula lacrymans的基因组，这是第二种棕色腐真菌基因测序，与其他10种已发表的真菌基因组相比较。DOE JGI对这些基因组中的七个进行了测序，其中Postia胎盘是第一个测序的褐腐病真菌。该分析不仅使研究人员了解了Serpula分解纤维素的机制所涉及的化学反应，还揭示了褐腐真菌在最大的陆地生态系统 - 亚北极凉爽气候北方森林 - 的发展中的作用。因此，真菌在全球碳循环中的作用。

“这是每个人都知道的真菌之一。它具有如此积极的纤维素分解形式，“研究第一作者斯旺西大学的丹伊斯特伍德说。他指出，木材腐烂真菌一般能够分解木质纤维素，这与北方森林和真菌的共同进化有关。“了解这些真菌在自然环境中的作用也很重要，”他说。“例如，如果你回到足够远的时间到树木开发的时期，就没有办法打破木质纤维素，导致我们今天开采的煤层。当真菌弄清楚如何分解木质纤维素时，真菌和树木的共同进化再次启动了碳循环。我们今天所有的木材腐烂真菌的祖先是白腐病，它是来自这个祖先的真菌，它开始了碳循环和木质纤维素分解。棕色腐烂后来从白腐病的祖先进化而来，因为它们绕过木质素并直接进入半纤维素和纤维素，它们被认为更有效，并且可能是它们最近能够在北方森林中占主导地位的原因。

对S. lacrymans 4820万个核苷酸基因组的分析不仅使研究小组能够比较棕色腐烂分解纤维素和白腐真菌分解纤维素和木质素的机制所涉及的基因家族，而且还包括这些过程如何每个类别都有所不同。例如，伊斯特伍德指出，Serpula使用的化学物质与Postia的化学物质略有不同，尽管在白腐病和褐腐病之间有更大的意义，“我们在这里描述的是基因的改进，什么基因是绝对的必须打破纤维素，“他说。“部分原因是由于褐腐真菌不会分解木质素，因此分解木材的机器变得更加简单。”

牛津大学的研究资深作者莎拉·沃特金森强调了褐腐真菌在全球碳循环中的作用，指出在森林土壤中螯合的三分之一的碳是由真菌分解纤维素后的木材残留物组成的。 。“当它在森林中生长时，它会腐烂木材并留下木质素，”她说。“我们对将碳投入土壤的原因非常感兴趣，因为棕色腐烂真菌的残留物占针叶林土壤中30%的碳，而针叶林是世界上非常大的生物群落，也是最大的碳汇之一着陆。褐腐病的活动在全球碳循环中非常重要，我认为之前并没有真正受到重视。“

伊斯特伍德补充说，这项工作影响了许多不同的领域，决定下一步该做什么是“就像在一家甜品店做孩子一样：我们从哪里开始?”明尼苏达大学教授乔纳森席林的一个应用没有参与在项目中，看到了Serpula基因组是它可以教生物能源研究人员关于改进植物生物质转化为生物燃料生产的过程。“我们现在拥有的生物转化过程通常类似于白腐病方法，”他说，“攻击木质素以获取碳水化合物，然后将其转化为燃料，化学品或纸张。褐腐真菌以某种方式规避了更有效地获取纤维素而不是爆破木质素的步骤，并且它在不同的白腐病谱系中进化了多次。这表明效率的提升，我们应该注意。“他还说，有一个第二个棕色腐烂基因组参考数据集，特别是一个来自这样一个研究得很好的真菌，保留了一些熟悉的白腐病的纤维素分解机制，但导致经典褐腐病，

DOE JGI真菌基因组学负责人Igor Grigoriev是科学论文的合着者，他指出，拥有Serpula的基因组意味着现在有两种白腐病和两种褐腐病基因组可供使用，还有十几种正在排队。他补充说，Serpula有两种变体，导致干腐病的一种，在针叶林中发现的一种，DOE JGI对两者都进行了测序。事实上，该研究所的测序工作占存放在公共数据库中的所有真菌基因组的40%。“这是向更多地了解纤维素降解过程中的一步，”他说。然而，除了对理解木质纤维素如何分解的兴趣之外，他说，“总体而言，我们已经达到了可以对三种真菌生活方式进行比较的程度：腐生菌，包括木材降解剂，共生体和病原体，我们正在进入我们发现每个类别没有清晰，黑白联系的阶段。“

来自法国国家农业研究所(INRA)的共同资深作者弗朗西斯·马丁(Francis Martin)是许多DOE JGI真菌基因组计划的不可或缺的推动者，他强调了这项工作对于了解森林真菌演变的重要性。“ 塞尔普拉是沿着'saprotrophism-mutualism连续体'的'缺失环节'，”马丁说。“棕色腐烂的Serpula和共生的Laccaria bicolor - 也由DOE JGI测序 - 缺少白腐真菌用于分解木材中不可用的木质素基质以揭露嵌入其中的可用纤维素的最具侵略性的木材降解酶。这种侵略性木质素分解机制的丧失可能使褐腐病转变为菌根共生体 - 促进了真菌与植物根系之间的有益联系 - 使树内能够优先获得碳水化合物。“这项研究，马丁总结道，”我们补充道。逐步了解这些过程的兴起，特别是与树木健康和生产力有关的过程，这些过程在陆地碳循环，封存和其他生物地球化学循环中发挥关键作用，以及为改进生物燃料的生物质解构提供新的战略信息。

美国能源部联合基因组研究所在美国能源部科学办公室的支持下，致力于推进基因组学研究，以支持与清洁能源生产，环境特征描述和清理相关的DOE任务。总部位于加利福尼亚州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量测序和计算分析，使基于系统的科学方法能够应对这些挑战。在Twitter上关注DOE JGI。