真菌基因组学研究进展.doc

真菌基因组学研究进展 ?? ??? 本文整理了已完成基因组序列测定的真菌的信息，并对真菌染色体组的历史、测序策略及其基因组学的研究进展进行了评述。 1真菌染色体组的研究历史和资源 1986年美国科学家Thomas Rodefick提出基因组学概念，人类基因组计划带动了模式生物和其它重要生物体基因组学研究。阐明各种生物基因组DNA中碱基对的序列信息及破译相关遗传信息的基因组学已经成为与生物学和医学研究不可分割的学科。由欧洲、美国、加拿大和日本等近百个实验室六百多位科学家通力合作，1996年完成第一个真核生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae的基因组测序，这对于酵母菌类群来说是一个革命性的里程碑，并且激起了真核基因功能和表达的第一次全球性研究(Goffeau etal，1996)。随后粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe(Wood etal.2002)和粗糙脉孢霉Neurospora crassa(Galagan etal.2003)染色体组的完成显露出酿酒酵母作为真菌模式生物的局限性。尽管如此，真菌染色体组测序的进展最初是缓慢的。为加快真菌染色体组研究的步伐，2000年由美国Broad研究所与真菌学研究团体发起真菌基因组行动(fungal genome initiative，FGI)，目的是促进在医药、农业和工业上具有重要作用的真菌代表性物种的基因组测序。2002年2月FGI发表了第一份关于测定15种真菌基因组计划的白皮书。2003年6月，真菌基因组行动发表了第二份白皮书，列出了44种真菌作为测序的目标，强调对其中10个属即青霉属Penicillium、曲霉属Aspergillus、组织胞浆菌属Histoplasma、球孢子菌Coccidioides、镰刀菌属Fusarium、脉孢菌属Neurospora、假丝酵母属Candida、裂殖酵母属Schizosaccharomyces、隐球酵母属Cryptococcus和柄锈病菌属Puccin的物种优先进行测序。之后，经过FGI、法国基因组学研究项目联(G6nolevures Consortium)、美国能源部联合基因组研究所(The DOE Joint Genome Institute，JGI)DOE联合基因组研究所、基因组研究院(The Institute for Genomic Research，TIGR)、英国The Wellcome Trust Sanger InstimteSanger和华盛顿大学基因组测序中心等共同努力；得到包括美国国家人类染色体研究所、国家科学基金会、美国农业部和能源部等的资助，也有来自学术界和产业集团如著名的Monsanto、Syngenta、Biozentrum、Bayer Crop Science AG和Exelixis等公司的持续合作，在最近的几年里，真菌基因组学研究取得重大突破。至2008年6月1日，共有3734种生物的全基因组序列测定工作已经完成或正在进行，公开发表812个完整的基因组，其中，70余种真菌基因组测序工作已经组装完成或正在组装，分别属于子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门和微孢子虫(Microsporidia)的代表。此外，还有Ajellomyces dermatitidis和Antonospora locustae等20余种真菌基因组序列正在测定中(Bemal etal．2001)。这些真菌都是重要的人类病原菌、植物病原菌、腐生菌或者模式生物，基因组大小为2．5—81．5Mb，包含酵母或产生假菌丝的酵母、丝状真菌，或者具有二型性(或多型性)生活史的真菌，拥有与动物和植物细胞一样的的细胞生理学和遗传学特征，包括多细胞性、细胞骨架结构、生长发育、有性生殖、细胞周期、细胞间信号传递、牛理规律、DNA甲基化和遗传修饰等，充分体现具有9亿年进化史的真菌生物多样性。由于真菌基因组较其他的真核生物而言相对简单，更容易被测序和注解，易于遗传操作和基因修饰，因而成为真核生物基因组研究的最佳模式生物。真菌基因组学的研究特别是真菌比较基因组学的研究有利于生物进化、系统发生学、药物靶基因、基因发现以及基因功能等方面的研究(HsiangBaillie 2006；Xu etal.2006)。 2真菌基因组测序策略 目前基因组测序主要有两种方法。第一种是全基因组鸟枪测序法(WGS)。Sanger(1977)首先采用这个方法对噬菌体φX174进行了测序，其基本原理是提取基因组DNA并进行酶切，然后将片断亚克隆至2kb的小嵌件库和10-20kb的大嵌件库中。从两端开始对克隆进行测序(即正义链和负义链)，然后组装成连续的叠连群(contigs)，最终形成完整的基因组。第二种方法是分级鸟枪测序法，跟WGS不