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为解决米曲霉（Aspergillus oryzae）和黄曲霉（A. flavus）难以区分且影响食品安全的问题，研究人员对从韩国发酵曲（nuruk）分离的菌株进行基因组测序及比较分析。结果呈现了米曲霉高质量基因组，明确其酶相关基因和种内基因组多样性，为研究相关菌种提供遗传依据。
在美食的世界里，发酵食品占据着独特的地位。就像韩国的传统发酵食品，背后离不开微生物的神奇 “魔法”，其中米曲霉（Aspergillus oryzae）功不可没，它是酿造传统发酵食品和饮料的 “得力助手”，能让食物产生独特的风味和丰富的营养。然而，有一种微生物却如潜伏的 “敌人”，它就是黄曲霉（A. flavus） 。黄曲霉与米曲霉在基因组上有着高达约 99.5% 的相似度，从外观到基因都十分相似，让人难以分辨。但它却会产生致癌的黄曲霉毒素，严重威胁食品安全，就像隐藏在美味背后的 “定时炸弹”。以往的研究虽然已经对它们的基因组进行了测序，但想要准确区分这两种微生物依旧困难重重。同时，曲霉属（Aspergillus）中不同菌株产生的次生代谢产物（SMs）差异很大，尤其是次生代谢物基因簇（SMGCs）的分布和演化，对于工业生产和医学应用至关重要，却还没有完全研究清楚。为了深入了解这些问题，保障食品安全，推动相关产业发展，研究人员开启了一场探索之旅。
研究人员从韩国传统发酵曲（nuruk）中分离出了米曲霉和黄曲霉的菌株，构建了米曲霉 KBP3 和 KSS2 的高质量全基因组序列，并将其组装到染色体水平。同时，他们对包括这些菌株在内的 30 株曲霉属（Aspergillus）黄曲霉组（Flavi）的代表性菌株进行了比较基因组分析。研究成果发表在《Food Microbiology》上，为深入了解米曲霉和黄曲霉的遗传特征提供了关键线索，也对保障食品安全和相关产业发展意义重大。
研究人员采用了以下关键技术方法：首先是 DNA 提取技术，获取从发酵曲（nuruk）中分离的菌株的 DNA；然后利用 PacBio 长读长测序技术，对米曲霉 KBP3 和 KSS2 进行全基因组测序；最后通过从头（de novo）组装技术，将基因组序列组装成完整的染色体。
下面来看具体的研究结果：
- 菌株获取与鉴定：研究人员从之前的研究中获取了 5 株米曲霉（A. oryzae）KBP3、KSS2、KYI32、KJJ4b、KDG21 和 1 株黄曲霉（A. flavus）KSW16。通过对内部转录间隔区（ITS）核苷酸序列分析和高效液相色谱（HPLC）分析黄曲霉毒素产量，确定了这些菌株的种类 。这一步就像是给微生物们贴上了正确的 “身份标签”，为后续研究奠定了基础。
- 基因组测序与组装：利用 PacBio 长读长测序和从头（de novo）组装技术，研究人员成功将米曲霉 KBP3 和 KSS2 的全基因组序列组装成从端粒到端粒的 8 条完整染色体。米曲霉 KBP3 基因组大小为 39.2 Mb（N50 5.0 Mb；GC 含量 47.27%） ，KSS2 基因组大小为 38.5 Mb（N50 4.9 Mb；GC 含量 47.38%）。这就好比绘制出了微生物的 “基因地图”，让研究人员能够更清晰地探索它们的遗传奥秘。
- 比较基因组分析：研究人员对 30 株曲霉属（Aspergillus）黄曲霉组（Flavi）的代表性菌株进行比较基因组分析。通过研究注释基因的组成和染色体位置，详细比较了种间多样性。基于全基因组序列、直系同源基因和核心基因的单核苷酸多态性构建的系统发育树，将米曲霉和黄曲霉分成了两个不同的分支，但也有一些例外情况。这一结果有助于深入了解这两种微生物的遗传关系，为区分它们提供了重要依据。
- 次生代谢物基因簇（SMGCs）分析：曲霉属（Aspergillus）黄曲霉组（Flavi）菌株能产生多种次生代谢产物（SMs），了解 SMGCs 的分布和演化十分重要。研究人员通过对不同菌株的分析，进一步探究了米曲霉、黄曲霉及其近缘种的遗传特征。这不仅有助于揭示微生物产生不同代谢产物的机制，还能为工业生产和医学应用提供有价值的信息。
研究结论和讨论部分指出，曲霉属（Aspergillus）黄曲霉组（Flavi）中不同物种对食品安全有着截然不同的影响。米曲霉和酱油曲霉（A. sojae）用于发酵食品生产，而黄曲霉和寄生曲霉（A. parasiticus）会产生有毒的次生代谢产物污染食品。这项研究提供了两株米曲霉的高质量全基因组序列，揭示了米曲霉中广泛存在的酶相关基因和种内基因组多样性。同时，在染色体水平上系统整理了曲霉属（Aspergillus）黄曲霉组（Flavi）近缘种的泛基因组分析数据，增进了对与食品安全相关物种遗传信息的理解。这对于保障食品安全、优化发酵食品生产工艺、开发新的微生物资源等方面都具有重要意义，为相关领域的进一步研究和应用提供了坚实的理论基础。
