基于细菌人工染色体（BAC）技术解析新型深绿木霉和哈茨木霉中木质纤维素降解基因簇的靶向研究

这篇研究通过细菌人工染色体（BAC）技术靶向分析深绿木霉（Trichoderma atroviride）和哈茨木霉（Trichoderma harzianum）的基因组区域，揭示了与木质纤维素降解相关的基因簇（CAZymes）的线性结构和表达调控特征。研究整合转录组数据，鉴定出在纤维素降解条件下显著上调的碳水化合物活性酶（CAZymes）、转录因子（TFs）和转运蛋白（TRs），为优化工业酶解工艺提供了新靶点。

　　

基因组区域靶向与BAC技术应用

研究采用细菌人工染色体（BAC）技术，从深绿木霉CBMAI 0020（TA0020）和哈茨木霉CBMAI 179（TH0179）中靶向筛选富含水解酶基因的基因组区域。BAC文库构建后，通过PCR筛选获得24个（TH0179）和44个（TA0020）非冗余区域，大小分别为1.9 Mb和4.7 Mb。与参考基因组比对显示，TH0179序列与哈茨木霉CBS226.95的匹配率达95.5%，而TA0020与深绿木霉IMI 206040的匹配率为87.3%，表明后者基因组变异更高。

基因簇结构与功能注释

通过多工具联合分析，研究鉴定出TH0179的59个CAZymes、27个TFs和39个TRs，其中23个CAZymes含信号肽。TA0020则包含143个CAZymes、62个TFs和114个TRs，43个CAZymes具分泌潜力。值得注意的是，TH0179的OR633232区域携带AA2（木质素过氧化物酶）、CE4（乙酰酯酶）、GH5（内切葡聚糖酶）和AA11（裂解性多糖单加氧酶LPMO）基因，形成协同降解复合物的潜在核心。

差异表达与降解调控网络

转录组分析揭示，TH0179在纤维素条件下显著上调GH18（几丁质酶）、AA7（葡萄糖氧化酶）和GH95（α-岩藻糖苷酶），而TA0020的GH17（β-1,3-葡聚糖酶）和AA9（LPMO）则下调。调控网络中，TH0179的Zn(II)₂-Cys₆型转录因子（如TH0179_0308）可能负调控水解酶表达，而TA0020的OR643400区域中两个同类型TFs（TA0020_0737和TA0020_0745）显著上调，暗示物种特异性调控策略。

次级代谢与生物技术潜力

抗SMASH分析发现，TA0020的OR643427区域携带非核糖体肽合成酶（NRPS）基因簇，其核心酶TA0020_0395在纤维素条件下下调，可能与碳源竞争有关。相比之下，TH0179的OR633211区域中锌结合脱氢酶（TH0179_0393）上调，可能参与次级代谢物合成以增强环境适应性。

比较基因组学与进化启示

OrthoFinder分析显示，两菌株共享168个直系同源群，包括15个CAZymes和5个次级代谢基因。与里氏木霉QM6a相比，哈茨木霉和深绿木霉的CAZymes多样性更高，印证了其作为生物防治菌的基因组可塑性。研究还发现，TA0020的基因排列与参考基因组差异较大，可能反映其早期分支的祖先特征。

工业应用前景

靶向BAC分析不仅定位了高效降解基因簇（如TH0179的GH5-AA2串联模块），还揭示了调控元件（如MFS转运蛋白TH0179_0053）的协同作用。这些发现为设计CRISPR-Cas9编辑策略或优化酶 cocktail 提供了分子基础，有望提升木质纤维素生物炼制的经济性。

研究通过整合基因组学与转录组学，首次在非模式木霉物种中系统解析了降解基因簇的线性组织规律，为理解真菌木质纤维素降解的进化分化和工业应用开辟了新视角。