Whole-genome assembly and analysis of a medicinal fungus: Inonotus hispidus
- 作者
- Shaojun Tang, Lei Jin, Pin Lei, Chenxia Shao, Shenlian Wu, Yi Yang, Yuelin He, Rui Ren, Jun Xu
- 单位
- 湖南微生物研究所，长沙，中国
- 杂志
- Frontiers in Microbiology（2022）
- DOI
- 10.3389/fmicb.2022.967135
- 所属领域
- 基因组学
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解决的核心问题
首次对药用真菌粗毛纤孔菌（Inonotus hispidus）进行全基因组测序与组装，并系统注释其功能基因，揭示其药用价值的遗传基础。
研究策略
采用Illumina NovaSeq和Nanopore PromethION测序平台对I. hispidus单核菌株进行全基因组测序；利用多种软件进行基因组组装、重复序列预测、基因结构预测和功能注释；通过CAZy、FCPD、TCDB等数据库注释碳水化合物活性酶、细胞色素P450和转运蛋白；通过antiSMASH预测次级代谢产物生物合成基因簇；并与14种真菌进行系统发育和比较基因组分析。
核心内容
该研究首次对药用真菌粗毛纤孔菌（Inonotus hispidus）进行了全基因组测序与系统分析。研究采用Illumina NovaSeq与Nanopore PromethION平台对单核菌株进行测序，组装获得基因组大小为35,688,031 bp，包含30个contigs，N50达1,831,239 bp，GC含量48.53%。共注释出12,671个蛋白编码基因，并预测了非编码RNA。功能注释显示该基因组编码999个细胞色素P450蛋白、1,408个转运蛋白及495个分泌蛋白；碳水化合物活性酶（CAZyme）共402个基因，其中糖苷水解酶最多（197个）。次级代谢方面预测到87个相关基因，其中萜烯类35个、NRPS-like 33个，提示萜烯代谢是该真菌药用成分合成的重要途径。比较基因组分析表明I. hispidus与桑黄孔菌属的Sanghuangporus baumii具有高度同源性。这些结果系统揭示了该菌的基因组特征及其在次级代谢和营养利用方面的遗传基础，为阐明其抗肿瘤、抗氧化等药用机制及后续遗传改良提供了理论依据。
创新点
首次报道了I. hispidus的全基因组图谱；注释了402个CAZyme基因和87个次级代谢相关基因，发现萜烯类基因最多；系统发育分析发现I. hispidus与Sanghuangporus baumii具有高度同源性。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Inonotus hispidus (CGMCC 21046) | 碳水化合物代谢 | CAZyme基因家族 | 糖苷水解酶/糖基转移酶等 | 催化 | 共注释402个CAZyme基因，其中糖苷水解酶197个，参与多糖降解和营养利用 |
| Inonotus hispidus (CGMCC 21046) | 次级代谢 | 萜烯合成相关基因 | 萜烯合酶 | 催化 | 35个基因参与萜烯类次级代谢产物的调控，是数量最多的次级代谢基因类型 |
| Inonotus hispidus (CGMCC 21046) | 次级代谢 | NRPS/PKS合成基因 | 非核糖体肽合成酶/聚酮合酶 | 催化 | 包括33个NRPS-like、12个T1PKS和7个NRPS基因 |
| Inonotus hispidus (CGMCC 21046) | 外源物质代谢/次级代谢 | CYP450基因家族 | 细胞色素P450酶 | 催化 | 注释到999个CYP450蛋白，参与氧化代谢和解毒 |
| Inonotus hispidus (CGMCC 21046) | 跨膜运输 | TCDB转运蛋白基因 | 膜转运蛋白 | 转运 | 1408个转运蛋白，参与物质跨膜运输 |
| Inonotus hispidus (CGMCC 21046) | 蛋白分泌 | 分泌蛋白基因 | 分泌蛋白 | 转运 | 495个分泌蛋白，可能参与胞外酶分泌和信号传导 |
关键发现
- 组装获得I. hispidus基因组大小为35,688,031 bp，包含30个contigs，平均contig长度1,189,601.03 bp，GC含量48.53%，N50为1,831,239 bp
- 共注释12,671个蛋白编码基因，平均mRNA长度1,796.85 bp，平均外显子数6.59个，外显子和内含子平均长度分别为213.25和70.03 bp
- 预测非编码RNA包括17个rRNA、1个sRNA、16个snRNA和88个tRNA
- 注释到999个细胞色素P450蛋白、1,408个转运蛋白、733个信号肽蛋白、2,305个跨膜蛋白和495个分泌蛋白
- CAZyme注释共402个基因，其中糖苷水解酶197个、糖基转移酶71个、多糖裂解酶9个、碳水化合物酯酶45个、辅助活性75个、碳水化合物结合模块5个
- 预测87个次级代谢相关功能基因，其中萜烯类35个、NRPS-like 33个、T1PKS 12个、NRPS 7个
- 比较基因组分析表明I. hispidus与S. baumii高度同源。
研究结论
本研究首次完成了药用真菌I. hispidus的全基因组测序和功能注释，阐明了其基因组特征及与次级代谢、营养利用相关的基因组成，为揭示其抗肿瘤、抗氧化等药用机制及遗传改良提供了重要理论依据。