《自然》 子刊 《Nature Communications》近期發表了中國醫學科學院藥用植物研究所陳士林課題組與美國、法國等合作單位關于基因組解析推動靈芝成為藥用模式真菌的論文，并以特別圖片(Featured Image)形式進行了推介，隨后《今日美國》(US TODAY)以“揭秘中國‘仙草’基因組”為題報道了該研究成果。該研究得到了國家自然科學基金委員會重點項目(項目編號：81130069)等項目的支持。
該課題組應用光學圖譜和新一代測序技術，自主完成染色體水平靈芝基因組精細圖譜，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個預測基因，其中包括多種細胞色素P450、轉運蛋白和調控因子等與次生代謝產物合成、運輸和調控相關基因，是研究真菌次生代謝的理想模式物種。該研究由中國醫學科學院藥用植物研究所牽頭組織聯合美國田納西大學健康科學中心、美國威斯康星大學麥迪遜分校、法國埃克斯-馬賽大學、中國中醫科學院、美國國家綜合進化研究中心等機構的學者組建國際化研究團隊，對靈芝基因組圖譜進行全面解析，深入探討靈芝藥用活性物質的合成途徑及其調控機制，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。
生物學家通過對選定的生物物種進行科學研究，用于揭示某種具有普遍規律的生命現象，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：易于在實驗室內培養和繁殖、世代短、子代多、遺傳背景清晰、容易進行實驗操作、對人體和環境無害。隨著生物學研究進入基因組時代，模式生物學研究策略受到更廣泛的關注，某些物種基因組的測序完成通常也會推動該物種向模式生物發展。與酵母等低等真菌相比，靈芝具有更復雜的有性生殖世代和更明顯的形態建成與分化;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，靈芝遺傳轉化體系成熟，化學成分清晰，使其成為研究中藥活性成分合成與調控的理想模式物種。靈芝基因組精細圖的完成將加強靈芝在次生代謝產物合成與調控、次生代謝與發育相關性等研究領域的模式作用，推動中藥有效成分生物合成研究走向快速發展之路。全基因組解析推動靈芝成為中藥活性成分生物合成研究的首個藥用模式真菌,靈芝模式物種的確立將促進我國中藥學研究與現代生物學研究的結合，中藥研究正逐步走向生命科學的前沿。
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.
來自中國醫學科學院藥用植物研究所、美國田納西州大學健康科學中心和威斯康星大學麥迪遜分校等機構的研究人員聯合完成了靈芝(Ganoderma lucidum)的基因組框架圖，發布在國際著名雜志《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制，加速優質、高產靈芝優良品種的選育奠定了堅實的基礎。
文章的通訊作者是中國醫學科學院藥用植物研究所的陳士林研究員和孫超博士。陳士林研究員現任中國醫學科學院藥用植物研究所所長、世界衛生組織傳統醫學合作中心主任，是教育部長江學者創新團隊負責人。發表論文200余篇，曾獲得國家科技進步二等獎2項。孫超博士近年來針對藥用植物丹參、金錢草、銀杏等開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，是中醫藥寶庫中的珍品，有“仙草”的美譽，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可，被收錄于《美國草藥藥典和治療綱要》中。現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、抗病毒和免疫調節活性。靈芝生成了大量的生物活性化合物，迄今為止有超過400種不同的化合物被鑒別出來，使得這一真菌成為了生產生物用途化合物的細胞“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子菌一樣，能夠分泌有效分解纖維素和木質素的酶。這樣的酶活性還在生物質利用、纖維漂白和有機污染物降解等方面具有應用價值。
在這篇文章中，研究人員利用新一代測序和光學繪制(optical mapping )方法對單倍體核細胞的靈芝菌株260125-1進行了全基因組測序和組裝，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，預期編碼了16,113個基因。序列分析揭示了一連串令人印象深刻的基因，這些基因編碼了細胞色素P450s (CYPs)、轉運蛋白和調節蛋白等協同參與次級代謝的蛋白質。該基因組還編碼了在所有測序擔子菌中最豐富的一套木材降解相關酶(wood degradation enzyme)。總共鑒別出了24個CYP基因簇。此外，發現了78個與羊毛固醇合酶共表達的CYP基因，16個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代謝物合成的分子機制。基因組序列使得有可能實現靈芝作為藥理活性化合物和工業酶資源的全部潛在用途。
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