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基因克隆

大量的木黴基因序列已通過不同方法克隆獲得,這些方法包括差分雜交、基於蛋白質序列合成的探針、通過異源基因設計的探針或根據同源序列設計合成引物進行PCR擴增等。截至2013年12月25日,在NCBI的GenBank數據庫中,以T.為關鍵詞進行搜索,***能檢索到23027條記錄。濾掉基因組測序的scaffold序列,剩余記錄項中數量最多的是與木黴菌分類和系統發育研究有關的基因序列,包括rDNA(5.8S、18S、28S)、ITS、翻譯延伸因子(translation elongation factor)、鈣調蛋白(calmodulin)、肌動蛋白(actin)、微管蛋白(tubulin)、RNA聚合酶II亞基(RNA polymerase II subunit)、ATP檸檬酸裂解酶(ATP citrate lyase)等。在其他功能比較明確的1500余個基因記錄中,幾丁質酶編碼基因數量最多,有614個,包括內切幾丁質酶42基因(endochitinase 42,ech42)、幾丁質酶18-5基因(chitinase 18-5,chi18-5)、幾丁質酶18-13基因(chitinase 18-13,chi18-13)、幾丁質酶18-15基因(chitinase 18-15,chi18-15)、幾丁質酶18-17基因(chitinase 18-17,chi18-17)、幾丁質酶33 基因(chitinase 33,chit33)等;還有葡聚糖酶基因55個,例如β-1,4-內切葡聚糖酶(endo-1,4-beta-glucanase)、β-1,3-內切葡聚糖酶、β-1,6-內切葡聚糖酶(endo-1,6-beta-glucanase)、β-1,3-外切葡聚糖酶(beta-1,3 exoglucanase)等;甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,gpd)基因有50個;纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase,cbh)基因有49個;蛋白激酶基因有30個,包括絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,Tmk)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine/threonine protein kinase)等;疏水蛋白(hydrophobin)基因25個;木聚糖酶及相關基因有20個,包括β-1,4-內切木聚糖酶(endo-1,4-beta-xylanase)、木聚糖酶調節蛋白(xylanase regulator)等;蛋白酶(protease)基因16個;可能與次級代謝產物形成有關的基因有12個,包括非核糖體肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase)基因、多肽合成酶(polyketide synthetase)基因等;氨基葡萄糖苷酶12個,包括N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶(N-acetyl-beta-D- glucosaminidase)、外切-β-D 氨基葡萄糖苷酶(exobeta-D-glucosaminidase)等;葡萄糖苷酶(glucosidase)基因13個;膨脹因子(swollenin)基因12個;硝酸還原酶基因(nitrate reductase,euknr)有12個;植酸酶(phytase)基因6個;漆酶(laccase)基因5個等。

結論

木黴菌基因組測序信息的獲得大大加速了木黴菌的研究進展,這些遺傳物質基礎決定了不同木黴菌的生存能力與缺陷,從而也決定了它們不同的生活方式。基因組序列信息為新的研究方向提供了動力,例如,大量的小分子分泌蛋白、細胞壁降解酶的新種類和那些假定的次級代謝產物生物合成酶都屬於新的研究方向,需要從遺傳學、化學和生理學領域協同開展研究。多個木黴菌基因組序列的獲得,也將有助於不同物種間研究成果的交流。例如,通過將T.reesei中纖維素酶的轉錄因子、信號組分等調控模式與生防木黴菌進行比較,將為了解木黴菌不同生活方式的生理機理提供有意義的新發現。通過對野生型及突變菌株進行高通量的基因組、轉錄組,以及代謝通路分析,將會鑒定出與生物質降解、生物防治及人類致病性相關的新基因。今後的努力方向將是整合這些生理過程和分子圖譜,然而,新問題會隨之出現,並最終推動我們離開電腦走向實驗臺,去驗證諸多假設的正確性。

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