台灣國寶牛樟芝 登上PNAS

中研院團隊 揭開牛樟芝基因體序列全圖譜 | 2014-11-06 11:47 〔記者湯佳玲／台北報導〕中研院的牛樟芝團隊發表最新論文，首度揭開牛樟芝的基因體序列全圖譜，提供台灣珍貴藥用菌菇研發策略關鍵新知，研究成果刊登「美國國家科學院期刊（Proceedings of the National Academy of Sciences ）」。 中研院團隊揭開牛樟芝的基因體序列全圖譜，研究成果刊登「美國國家科學院期刊」。（記者湯佳玲攝） 牛樟芝是稀有真菌，只能生長在台灣特有的牛樟木的老齡樹木中空內壁上，人工培育困難。目前有超過300篇的國際學術論文發表，證實具有防癌、保肝等功能，但其確切活性成分與機轉尚待釐清。 中研院院士李文雄與義守大學校長蕭介夫、中興大學特聘教授王升陽、行政院農業委員會林業試驗所博士張東柱，台灣大學教授曲芳華，以及中研院分子生物研究所研究員王廷方組成的「牛樟芝」團隊，利用中研院核心設施「新世代高通量定序」，結合生物資訊分析，花3年多的時間成功地揭開牛樟芝的基因體定序全圖譜。由論文第一作者呂美曄博士主導全程。 李文雄表示，牛樟芝最珍貴之處在於「防癌類」，如果能解開參與合成的一次代謝與二次代謝酵素合成途徑，將可增加生產有價值的防癌保健產物，瞭解牛樟芝的防癌之謎。

Genomic and transcriptomic analyses of the medicinal fungus Antrodia cinnamomea for its metabolite biosynthesis and sexual development  PNAS November 4, 2014 vol. 111 no. 44 E4743-E4752   Contributed by Wen-Hsiung Li, September 13, 2014 (sent for review June 10, 2014; reviewed by Robert Friedman, Kenneth Wollfe, and Takashi Gojobori) Antrodia cinnamomea, a mushroom, has long been used as a remedy for cancer, hypertension, and hangover. However, the molecular basis of its medicinal effects is unclear and its genome has not been studied. We obtained a genome draft and conducted gene annotation. Genome ontology enrichment and pathway analyses shed light on sexual development and metabolite biosynthesis. We identified genes differentially expressed between mycelium and fruiting body and also proteins in the mevalonate pathway, terpenoid pathways, cytochrome P450s, and polyketide synthases, which may contribute to production of medicinal metabolites. Genes of metabolite biosynthesis pathways showed expression enrichment for tissue-specific compounds in mycelium and in fruiting body. Our data will be useful for developing a strategy to increase the production of valuable metabolites.

Abstract Antrodia cinnamomea, a polyporus mushroom of Taiwan, has long been used as a remedy for cancer, hypertension, and hangover, with an annual market of over $100 million (US) in Taiwan. We obtained a 32.15-Mb genome draft containing 9,254 genes. Genome ontology enrichment and pathway analyses shed light on sexual development and the biosynthesis of sesquiterpenoids, triterpenoids, ergostanes, antroquinonol, and antrocamphin. We identified genes differentially expressed between mycelium and fruiting body and 242 proteins in the mevalonate pathway, terpenoid pathways, cytochrome P450s, and polyketide synthases, which may contribute to the production of medicinal secondary metabolites. Genes of secondary metabolite biosynthetic pathways showed expression enrichment for tissue-specific compounds, including 14-α-demethylase (CYP51F1) in fruiting body for converting lanostane to ergostane triterpenoids, coenzymes Q (COQ) for antroquinonol biosynthesis in mycelium, and polyketide synthase for antrocamphin biosynthesis in fruiting body. Our data will be useful for developing a strategy to increase the production of useful metabolites.

本院生物多樣性研究中心李文雄院士數年來結合國內多所研究機構所組成的台灣牛樟芝研究團隊，日前發表創新論文首度揭開牛樟芝的基因體序列全圖譜、轉錄體圖譜以及其防癌萜類酵素的合成途徑。台灣民間盛傳牛樟芝具有預防癌症、降血壓與醒酒效用，這項重要的研究成果可提供未來研發台灣珍貴藥用菌菇策略關鍵新知識，於2014年10月14日刊登在國際科學期刊「美國國家科學院期刊」(Proceedings of the National Academy of Sciences )。國寶牛樟芝是稀有的真菌，在自然界只能生長在台灣特有的牛樟木的老齡樹木中空內壁上，人工培育困難。牛樟芝具有極高的經濟價值，有防癌、保肝以及多樣化的保健功能，已受到國際學界的重視。目前雖有超過300篇的國際學術論文發表，但牛樟芝確切的活性成分與其作用機轉則尚待釐清。以往對於牛樟芝的基因體及遺傳學的研究相當有限。本院生物多樣性中心李文雄院士、義守大學蕭介夫校長、中興大學王升陽特聘教授、行政院農業委員會林業試驗所張東柱博士，台灣大學曲芳華教授，以及本院分子生物研究所王廷方研究員的合作團隊，近幾年來乃聚集研究焦點於牛樟芝基因遺傳及代謝產物的生物合成途徑與機制的研究上。此計畫係由蕭介夫校長和李文雄院士共同發起，並得到科技部、本院、以及教育部之興大農業生技中心頂尖大學計畫的經費支持。此次李院士研究團隊是利用本院核心設施「新世代高通量定序」(Next Generation Sequencing)平台與技術，結合生物資訊分析，成功地揭開牛樟芝的基因體定序全圖譜。由論文第一作者呂美曄博士領導全程。研究團隊解釋，大多菇類都具有有性(子實體)繁殖與無性(菌絲)繁殖，此篇論文揭示了牛樟芝有性生殖發育和代謝產物的生物合成機制，以及菌絲和子實體的基因表現之差異，並藉以推衍出牛樟芝關鍵性萜類酵素的合成途徑。從基因表現及差異分析顯示，代謝物的生物合成途徑的基因表達與化合物含量的組織特異性有相關性。同時，由於牛樟芝最珍貴的防癌萜類必須經過後修飾過程始能產生，研究團隊得同時解開參與具活性成分生合成之一次代謝與二次代謝酵素之作用與合成途徑，始能瞭解其防癌之謎。研究團隊此次亦找出數種特定的酶在不同階段扮演著修飾的功能。李院士表示，此篇論文是首篇牛樟芝的全基因體研究。將有助於藥用二次代謝物的生物合成的研發策略，以增加生產有價值的代謝產物。