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在我们周围的环境中，真菌随处可见，从我们吃的蘑菇到可能危害健康的病原体，真菌的存在无处不在。然而，随着科技的发展，我们对真菌的了解正在超越我们肉眼可见的世界，进入其基因组的深处，揭示出隐藏的功能和潜力。最新Nature communications综述文章：Discovering the hidden function in fungal genomes将带您一起探索真菌基因组中的“隐藏宝藏”。
真菌的“隐藏基因组”
传统上，科学家们对基因组的理解主要集中在能够编码蛋白质的区域，即所谓的开放阅读框架（ORF）。然而，近年来，随着基因组测序和分子生物学技术的进步，我们发现基因组中还存在大量未被充分认识的非编码区域和微蛋白。这些区域和蛋白质不仅仅是无用的“垃圾”，它们在调节基因表达、应对环境压力以及维持细胞功能方面都发挥着重要作用。有大量新证据表明隐藏基因组在真菌生物学的许多关键方面发挥着关键作用，包括微生物蛋白质和可变剪接蛋白质、微小 RNA（miRNA）、长链非编码 RNA（lncRNA）和环状 RNA（circRNA），以及其他非编码和重复 DNA 区域。
因此，全面表征真菌基因组中这些隐秘成分的能力将是全面了解真菌界基因组学和生物学的关键一步。基因组工具在真菌中通常需要更长的时间来适应和利用，这意味着与其他模式物种相比，隐藏基因组的许多组成部分尚未得到充分探索，尽管其他模式生物的进展确实让我们得以一窥新工具如何在真菌中使用。由于真菌界的多样性在人类生活的各个方面都发挥着重要作用，因此必须充分剖析这些真菌基因组的功能潜力。
隐藏基因组中的微蛋白
微蛋白是指由短的开放阅读框架（sORFs）编码的蛋白质，其长度通常少于100个氨基酸。最初，这些微蛋白因为体积小而被忽视，认为它们对生物体的影响有限。然而，最新的研究表明，微蛋白在应激反应、药物耐受性和真菌的致病性中都发挥了至关重要的作用。这类研究提示我们，微蛋白在真菌适应复杂环境方面起到了关键作用。
Fig. 1: Functional products of DNA expression, including components of the hidden genome.
可变剪接：蛋白质多样性的新来源
除了微蛋白，真菌基因组中的可变剪接现象也为蛋白质多样性提供了新的视角。最近已在真菌中建立了可变剪接的许多机制效应，它们对生长、应激适应、感染和免疫识别有影响。选择性剪接也可能与真菌致病性广泛相关，因为它在真菌病原体，特别是人类真菌病原体中比非致病性分类群更为普遍。随着长读 RNA 测序技术的出现，过去几年出现了新的计算工具，可以灵敏地检测剪接转录本。随着这些平台的不断改进，它们可能适用于在基因组水平上检测真菌物种中的mRNA 异构体。此外，采用基于 CRISPR 的平台，可以有针对性地删除单个外显子，以及多重抑制和激活外显子，可能使真菌研究人员能够研究剪接mRNA 异构体的功能差异。
非编码RNA的神秘力量
非编码RNA（ncRNA）包括长链非编码RNA（lncRNA）、微RNA（miRNA）和环状RNA（circRNA）等，它们虽然不直接编码蛋白质，但在调节基因表达方面发挥着重要作用。在人类和病原菌中，ncRNA已被广泛研究，证明其与许多疾病相关。在真菌中，研究人员逐渐揭示出ncRNA在药物耐受、环境适应和致病性中的重要作用。
Fig. 2: The nature of lncRNA transcription and examples of intergenic lncRNAs in fungi
转座子与基因组进化
转座子是能够在基因组中移动的DNA片段，它们不仅可以引起基因功能的改变，还可以通过携带有益基因促进生物体的进化。在真菌中，转座子与毒力和药物耐受性的调控密切相关。例如，在小麦病原真菌Pyrenophora tritici-repentis中，ToxA基因通过转座子插入机制引发感染，导致小麦细胞死亡。
Fig. 3: The movement of transposable elements (TEs) within and between fungal genomes.
真菌基因组研究的未来
随着技术的进步，尤其是CRISPR技术的发展，我们将有更多的工具来深入探索真菌基因组中的隐藏区域。通过这些新工具，科学家们能够更精确地定位并操控真菌基因组中的非编码区域和微蛋白，进而揭示它们在真菌生物学中的功能。这些研究不仅能加深我们对真菌的了解，还可能为开发新型抗真菌药物和提升工业微生物的应用效率提供新的思路。
参考文献
Gervais, N.C., Shapiro, R.S. Discovering the hidden function in fungal genomes. Nat Commun 15, 8219 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52568-z
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