Présent dans les communautés microbiennes du monde entier, Les champignons Aspergillus sont des agents pathogènes, décomposeurs, et d'importantes sources d'enzymes importantes sur le plan biotechnologique. Chaque espèce d'Aspergillus est connue pour contenir plus de 250 enzymes glucidiques actives (CAzymes), qui brisent les parois cellulaires végétales et intéressent les chercheurs du Département de l'énergie (DOE) travaillant sur la production industrielle de carburants alternatifs durables à l'aide de cultures de matières premières bioénergétiques candidates. En outre, chaque espèce fongique contiendrait plus de 40 métabolites secondaires, petites molécules ayant le potentiel d'agir comme biocarburants et intermédiaires chimiques.

Dans une étude publiée la semaine du 8 janvier, 2018 dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université technique du Danemark (DTU), le DOE Joint Genome Institute (JGI), une installation utilisateur du DOE Office of Science, et le Joint BioEnergy Institute (JBEI) du DOE, dirigé par Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), rapporter les premiers résultats d'un plan de séquençage à long terme, annoter et analyser les génomes de 300 champignons Aspergillus. Ces résultats sont une preuve de concept de nouvelles méthodes pour annoter fonctionnellement les génomes afin d'identifier plus rapidement les gènes d'intérêt.

"C'est le premier résultat du séquençage à grande échelle de plus de 300 espèces d'Aspergillus, " a déclaré le co-auteur de l'étude Igor Grigoriev, directeur du programme JGI de génomique fongique. "Avec le virage stratégique du JGI vers la génomique fonctionnelle, cette étude illustre plusieurs nouvelles approches pour l'annotation fonctionnelle des gènes. De nombreuses approches reposent sur des expériences et passent gène par gène à travers des génomes individuels. En utilisant Aspergillus, nous séquençons de nombreux génomes étroitement liés pour mettre en évidence et comparer les différences entre les génomes. Une analyse comparative d'espèces étroitement apparentées avec des profils métaboliques distincts peut entraîner un nombre relativement petit de groupes de gènes de métabolisme secondaire spécifiques à l'espèce à mapper sur un nombre relativement petit de métabolites uniques. »

La diversité des espèces, Diversité chimique

Dans l'étude, l'équipe a séquencé et annoté 6 espèces d'Aspergillus; 4 ont été séquencés à l'aide de la plateforme Pacific Biosciences, produire des assemblages de génomes de très haute qualité pouvant servir de souches de référence pour les futures analyses de génomique comparative. Une analyse comparative impliquant ces génomes et d'autres génomes d'Aspergillus - dont plusieurs ont été séquencés par le JGI - a ensuite été menée, et a permis à l'équipe d'identifier des groupes de gènes biosynthétiques pour les métabolites secondaires d'intérêt.

"L'une des choses que nous avons trouvées intéressantes ici était la diversité des espèces que nous avons examinées - nous en avons choisi quatre qui étaient lointainement apparentées, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Mikael R. Andersen, Professeur au DTU. "Avec cette diversité vient aussi la diversité chimique, nous avons donc pu trouver des gènes candidats pour certains types de composés très divers. Ceci était basé sur une nouvelle méthode d'analyse développée par la première auteure Inge Kjaerboelling. De plus, nous avons également montré comment consolider lesdites prédictions pour un composé donné en séquençant des génomes supplémentaires d'espèces connues pour produire le composé. En recherchant des gènes trouvés dans toutes les espèces productrices, nous pouvons élégamment localiser les gènes."

Co-auteur de l'étude Scott Baker, chercheur fongique au Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement, une installation utilisateur du DOE Office of Science située au Pacific Northwest National Laboratory, et membre de la division Déconstruction de JBEI, a expliqué pourquoi il est important de trouver des gènes candidats pour divers composés. "Les métabolites secondaires sont importants car ils représentent une chimie tellement intéressante et nouvelle en ce qui concerne la biosynthèse de molécules qui pourraient être des biocarburants, précurseurs de biocarburants ou bioproduits, " il a dit. " Bien que ce soit un effort important pour déterminer les structures des métabolites secondaires purifiés, c'est souvent relativement simple. Cependant, connecter ces molécules à leurs voies de biosynthèse peut être assez difficile. Nous montrons que l'utilisation de la génomique comparative peut efficacement conduire à des prédictions raisonnables des groupes de gènes impliqués dans les voies de biosynthèse. »

Aspergillus dans Mycocosm

Grigoriev a ajouté qu'à ce jour, une trentaine de génomes d'Aspergillus ont été publiés, 25 génomes supplémentaires sont accessibles au public sur le portail des génomes fongiques JGI Mycocosm (genome.jgi.doe.gov/Aspergillus), et plus de 100 génomes sont séquencés et analysés.

Alors que le JGI continue de mettre en œuvre son plan stratégique d'évolution vers une installation d'utilisateurs plus apte à la génomique fonctionnelle, intégrer la séquence génomique, expression, analyses computationnelles et métaboliques, et biochimiques dans une image plus complète de la biologie pertinente pour les missions du DOE, Les efforts transversaux et transdisciplinaires comme celui-ci deviendront encore plus importants. Caractériser l'identité et les rôles des métabolites secondaires, et les gènes nécessaires à leur génération, est essentiel à cet effort et peut fournir des outils potentiels pour améliorer la capacité de transformer la biomasse récalcitrante en précurseurs pour les biocarburants et les bioproduits.