如题所述
7.2.2.1 T.atroviride和T.virens的基因组特点
Kubicek等（2011）利用鸟枪法对 T.atroviride IMI 206040（Ta）和T.virens Gv29-8（Tv）基因组进行测序，覆盖度为8倍。它们的基因组大小分别为36.1Mbp（Ta）和38.8Mbp（Tv），都比T.reesei（Tr）的基因组大。结合从头计算和同源性分析，在Ta中发现了11865个基因，在Tv中发现了12428个基因。其中，多数基因（7915）在3种木霉中（Ta，Tv和Tr）共同存在。Tv和Ta分别含有2756和2510个其他两种木霉所没有的特异基因，而Tr仅含有577个特异基因。Tv和Ta含有1273个共有而Tr中没有的基因，这些基因可能是决定Tv和Ta是重寄生菌的部分因素。在这3种木霉菌中分别有约三分之一的特异基因，这些基因在其近缘属Gibberella zeae中也不存在。
7.2.2.2 基因组的共线性
比较Ta，Tv和Tr的基因组结构发现大多数基因是共线性的，在 Tr 中仅有367个（4%）基因，Tv中有2515个（22%）基因，Ta中有2690个（21%）基因分布在非共线性区域。根据其他真菌的基因组（Galagan et al.，2005；Fischer et al.，2006；Espagne et al.，2008），发现在这三种真菌分离前大量的染色体重排就已经发生，但仍然存在许多小的染色体倒位（Seoighe et al.，2000）。与曲霉中随机打断的模式相似（Fischer et al.，2006），共线性区域的数量随着其长度的变小而增加（Galagan et al.，2005；Fedorova et al.，2008）。共线性的直系同源基因序列相似性分别为70%（Tr对Ta），78%（Tr对Tv）和74%（Tv对Ta），这些数值与曲霉菌类似（例如Aspergillus fumigatus与Aspergillus niger的相似性为69%），接近鱼和人之间的相似性（Nadeau et al.，1984；Fedorova et al.，2008）。
7.2.2.3 转座子
在Ta和Tv基因组中没有找到长度大于400 bp、相似性大于92%且存在至少3个拷贝的重复元件，而在其他的丝状真菌中，通常能找到符合条件的重复元件。这与Tr基因组相似，Ta和Tv基因组缺少明显的重复DNA组分（Martinez et al.，2008）。在木霉菌基因组中转座元件数量较少，而对基因组中的小卫星序列分析发现，木霉基因组中卫星DNA位点数从Ta中的5249（0.94%）到Tr中的7743（1.54%），与其他真菌相比没有很大的差异。
利用RepeatMasker和RepeatProteinMask 对基因组进行扫描，以确定已知转座元件（TE）的相似序列。多数情况下，木霉基因组中TE家族是零散的，相互间也是差异较大，表明它们不是来源于最近的转座过程。根据以上结果，推测在木霉基因组中不存在有功能的TE。古老的和退化的TE表明木霉菌偶尔会受到TE的侵染，但是这些TE很快不能复制或者积累突变。
7.2.2.4 T.atroviride和T.virens 中的扩张的旁系同源基因
利用Marcov聚类算法（MCL）（Enright et al.，2002）对十多个子囊菌基因组进行分析，以确定在3种木霉基因组或者仅在2种重寄生木霉中扩张的旁系同源基因家族。在3种木霉中发现了46个这种基因家族，有26个仅在Ta和Tv中扩张。在3种木霉中扩张最大的旁系同源基因是Zn（2）Cys（6）转录因子、主要协助转运蛋白超家族中的溶质转运蛋白、短链乙醇脱氢酶、S8肽酶和有锚蛋白结构域的蛋白编码基因。在Ta和Tv中扩张最多而在Tr中较少的蛋白包括具有CCHC锌指结构域的锚蛋白，具有WD40、异核不亲和性（HET）和NACHT结构域蛋白，NAD依赖性差向异构酶和糖转运蛋白。
7.2.2.5 与重寄生相关的基因在木霉菌中扩张
重寄生过程包括猎物细胞壁的裂解过程（Harman et al.，2004；Lorito et al.，2010），木霉菌中含有大量的几丁质降解酶（包括糖苷水解酶GH18 家族的真菌蛋白和内切-β-N-乙酰葡糖胺糖苷酶）及 β-1，3-葡聚糖酶（包括 GH17，GH55，GH64和GH81 家族）。GH18家族包含与几丁质降解有关的酶，在木霉基因组中明显扩张，尤其是在Tv和Ta中，在表7.5所列的真菌中所含的几丁质降解酶的数量最多。不仅几丁质降解酶的数量增加，而且有许多几丁质酶含有碳水化合物结合域（CBM）。重寄生木霉菌中的B类几丁质酶数量特别多，该类几丁质酶含有CBM1，能结合纤维素和几丁质（Limon et al.，2004）。Tv和Ta都有5个包含CBM1的GH18 酶类。C 类几丁质酶含有CBM18（结合几丁质）和CBM50（结合肽聚糖和几丁质）。在木霉菌中，不仅几丁质酶含有CBM50，在另外一些蛋白中也常常具有多个拷贝的CBM50，这些蛋白都具有信号肽，但没有可辨认的水解酶结构域。而且在大多数情况下，这些蛋白基因在基因组中都与几丁质酶临近。与几丁质酶相似，在3种木霉菌中，GH75脱乙酰几丁质酶的数量也明显扩大。与植物病原真菌类似，植物细胞壁降解酶基因家族的数量也有扩大。
表7.5 不同真菌基因组中与几丁质/壳聚糖、β-葡聚糖水解有关的糖基水解酶家族
另外一类与重寄生有关的基因是参与次级产物形成的基因。3类木霉菌中（Ta，Tv和Tr），分别含有不同的非核糖体肽合成酶（NRPS）和聚酮合酶（PKS）组合。与其他子囊菌相比，Tr相关酶的编码基因数量较少（10个NRPS，11个PKS和2个NRPS/PKS融合蛋白基因）（Martinez et al.，2008），但Tv中的PKS，NRPS和PKS-NRPS融合蛋白基因的总数最多（50个），主要是由于NRPS基因的数量多（28个，是其他真菌的2倍）。进化分析表明，这是由于编码环二肽合酶、环孢霉素/恩镰孢菌素合酶和NRPS-杂交蛋白的编码基因在近期复制的原因。大多数在Tr存在的次级代谢基因簇也存在于Tv和Ta中，但在Tv和Ta中存在的相关基因约有一半是物种特异的，而且往往位于基因组的非共线性区域。3种木霉菌都含有2个类抗菌肽合成酶，一个合成短链的类抗菌肽（10～14个氨基酸），一个合成长链的类抗菌肽（18～25个氨基酸）。编码长链类抗菌肽合酶的基因缺少内含子，产生60～80 kb的mRNA，编码的蛋白有25000个氨基酸，是目前已知最大的真菌蛋白。
除了PKS和NRPS，Ta和Tv还有细胞溶解肽例如溶血素蛋白等抗生物质相关基因。此外，在Ta和Tv中还发现了2个大分子量毒素，与细菌Photorhabdus luminescens中的毒素复合物具有很高的相似性，该细菌是食昆虫线虫的共生菌（Munch et al.，2008）。除了木霉，它们存在于G.zeae和Podospora anserina中。然而，木霉菌还存在其他次级代谢相关基因，例如存在许多细胞色素P450 CYP4/CYP19/CYP26亚族，可溶性环氧化物水解酶等。
木霉基因组还包含大量含有至少4个半胱氨酸残基的分泌蛋白，这些蛋白含有约300个的氨基酸。在三种木霉中（Ta，Tv和Tr）都含有这些小分子量富含半胱氨酸的蛋白（SSCP），在Tv和Ta中的SSCP比Tr更加复杂。
7.2.2.6 在T.atroviride和T.virens中存在但在T.reesei 中不存在的基因
有1273个直系同源基因在Ta和Tv中存在，而在Tr中不存在。根据蛋白结构域，在这些基因编码的蛋白中，真菌特异的Zn（2）Cys（6）转录因子和溶质转运蛋白是最多的。然而，其他的蛋白如氧化还原酶、单加氧酶和与AMP酸激活、异喹啉生物碱合成等有关的蛋白也值得关注。这些表明Ta和Tv中可能包含许多尚未发现的次级代谢产物，在重寄生过程中发挥作用。Tr中所含有的577个特异基因中的大多数（465；80.6%）编码未知功能的蛋白，剩余112个基因没有明显的种类丰度。
7.2.2.7 非共线性区域的进化
木霉基因组中逆转录子热点重复域都位于非共线性区。在大多数真核生物中，这些区域位于亚端粒区，发生重组的频率很高（Freitas-Junior et al.，2000）。与Tr相比，在Tv和Ta基因组中明显增多的蛋白家族基因多数集中分布在非共线性区域。而且，在非共线性区域中，旁系同源基因的数目明显增加。造成该现象的原因可能有以下方面：非共线性基因出现在3种木霉最后的共同祖先中，但是后来有选择地或独立地丢失了；在木霉属进化过程中，非共线性区域来源于核心基因组，并经过复制和分离过程；非共线性区域通过水平转移获得。通过BLAST比对发现，木霉菌中大多数（＞78%）共线性和非共线性的基因编码蛋白都是真菌来源的。而且，在Ta和Tv中许多非共线性区域编码的蛋白在共线性区域中也存在旁系同源物。最后，对密码子的使用和适应指数分析表明，非共线性基因在密码子选择方面与共线性区域相近。综上，在Ta和Tv中，非共线性基因通过在木霉祖先中进行复制而获得，随后在三个家系中丢失，而在Tr中这种丢失更明显。
