Сравнение секретомов грибов для изучения путей деградации углеродных соединений

Грибы играют ключевую роль в экосистемах, разлагая растительный опад и древесину, а также очищая загрязнённые почвы и воды. Их ферменты представляют интерес для биоэнергетики, так как могут расщеплять компоненты клеточной стенки растений: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин.

В исследовании, опубликованном 19 июля 2016 года в Plos ONE, команда учёных из Гарвардского университета и Института океанографии Вудс-Хоул провела сравнительный анализ секретомов четырёх недавно изолированных и секвенированных нитчатых аскомицетовых грибов.

"Хотя секретомы модельных организмов, таких как белая гниль Basidiomycete Phanerochaete chrysosporium, хорошо охарактеризованы, мало что известно о ферментативных возможностях природных изолятов. Механизмы деградации углерода многими распространёнными почвенными грибами остаются плохо изученными", — сказала ведущий автор Кэролин Зейнер.

Исследование стало возможным благодаря инициативе FICUS, которая объединила возможности двух пользовательских объектов Министерства энергетики США: Объединённого института генома (DOE JGI) и Лаборатории экологической молекулярной науки (EMSL).

Команда изучала четыре вида грибов, окисляющих марганец(II) и участвующих в очистке вод:

• Alternaria alternata SRC1lrK2f
• Stagonospora sp. SRC1lsM3a
• Pyrenochaeta sp. DS3sAY3a (все изолированы из систем очистки шахтных вод в Пенсильвании)
• Paraconiothyrium sporulosum AP3s5-JAC2a (изолирован из очищенного пресноводного озера в Массачусетсе).

Геномы всех четырёх грибов были секвенированы и аннотированы в рамках проекта FICUS.

Сравнив состав и функциональное разнообразие секретомов с помощью масс-спектрометрии в EMSL, команда идентифицировала несколько ферментов, разлагающих лигноцеллюлозу, для будущего изучения.

"Наше главное открытие заключается в том, что эти грибы производят широкий спектр углевод-активных ферментов (CAZymes), которые могут напрямую окислять лабильный и рекальцитрантный углерод, а также разнообразный набор редокс-активных вспомогательных ферментов, которые косвенно атакуют лигноцеллюлозу, образуя активные формы кислорода", — отметила Зейнер.

Использование возможностей DOE JGI и EMSL позволило:

• С помощью масс-спектрометрии и метода iTRAQ идентифицировать более 1300 секретируемых белков на вид.
• Разработать специальный конвейер для анализа белковых данных.
• Секвенировать геномы четырёх аскомицетов, что увеличило количество идентифицированных белков на 400% по сравнению с поиском по геномам близкородственных видов.
• Создать предсказанные на основе генома секретомы, что улучшило функциональную аннотацию данных.