The aspergilli comprise a diverse group of filamentous fungi spanning over 200 million years of evolution. Here we report the genome sequence of the model organism Aspergillus nidulans, and a comparative study with Aspergillus fumigatus, a serious human pathogen, and Aspergillus oryzae, used in the production of sake, miso and soy sauce. Our analysis of genome structure provided a quantitative evaluation of forces driving long-term eukaryotic genome evolution. It also led to an experimentally validated model of mating-type locus evolution, suggesting the potential for sexual reproduction in A. fumigatus and A. oryzae. Our analysis of sequence conservation revealed over 5,000 non-coding regions actively conserved across all three species. Within these regions, we identified potential functional elements including a previously uncharacterized TPP riboswitch and motifs suggesting regulation in filamentous fungi by Puf family genes. We further obtained comparative and experimental evidence indicating widespread translational regulation by upstream open reading frames. These results enhance our understanding of these widely studied fungi as well as provide new insight into eukaryotic genome evolution and gene regulation. More than 300 labs worldwide are using the fungus Aspergillus nidulans as a model system for molecular genetics, and other species of this fungus are important in everyday life. A package of three genomics papers in this issue covers the Aspergillus field comprehensively. Galagan et al. report the genome sequence of the laboratory classic A. nidulans, and Nierman et al. have sequenced A. fumigatus, known chiefly as a human pathogen and allergen. And finally Machida et al. present genome sequencing and analysis of A. oryzae, focusing in particular on the expansion of genes in its genome, which is almost 25% bigger than the other two genomes. A. oryzae is used in traditional Chinese and Japanese food fermentation (think soy sauce) and also in enzyme production by biotechnologists.

Differentiation and secondary metabolism are correlated processes in fungi that respond to light. In Aspergillus nidulans , light inhibits sexual reproduction as well as secondary metabolism. We identified the heterotrimeric velvet complex VelB/VeA/LaeA connecting light-responding developmental regulation and control of secondary metabolism. VeA, which is primarily expressed in the dark, physically interacts with VelB, which is expressed during sexual development. VeA bridges VelB to the nuclear master regulator of secondary metabolism, LaeA. Deletion of either velB or veA results in defects in both sexual fruiting-body formation and the production of secondary metabolites.

The fungal genus Aspergillus is of critical importance to humankind. Species include those with industrial applications, important pathogens of humans, animals and crops, a source of potent carcinogenic contaminants of food, and an important genetic model. The genome sequences of eight aspergilli have already been explored to investigate aspects of fungal biology, raising questions about evolution and specialization within this genus.We have generated genome sequences for ten novel, highly diverse Aspergillus species and compared these in detail to sister and more distant genera. Comparative studies of key aspects of fungal biology, including primary and secondary metabolism, stress response, biomass degradation, and signal transduction, revealed both conservation and diversity among the species. Observed genomic differences were validated with experimental studies. This revealed several highlights, such as the potential for sex in asexual species, organic acid production genes being a key feature of black aspergilli, alternative approaches for degrading plant biomass, and indications for the genetic basis of stress response. A genome-wide phylogenetic analysis demonstrated in detail the relationship of the newly genome sequenced species with other aspergilli.Many aspects of biological differences between fungal species cannot be explained by current knowledge obtained from genome sequences. The comparative genomics and experimental study, presented here, allows for the first time a genus-wide view of the biological diversity of the aspergilli and in many, but not all, cases linked genome differences to phenotype. Insights gained could be exploited for biotechnological and medical applications of fungi.

Cytochrome P450 (CYP) monooxygenase superfamily contributes a broad array of biological functions in living organisms. In fungi, CYPs play diverse and pivotal roles in versatile metabolism and fungal adaptation to specific ecological niches. In this report, CYPomes in the 47 genomes of fungi belong to the phyla Ascomycota, Basidiomycota, Chytridiomycota, and Zygomycota have been studied. The comparison of fungal CYPomes suggests that generally fungi possess abundant CYPs belonging to a variety of families with the two global families CYP51 and CYP61, indicating individuation of CYPomes during the evolution of fungi. Fungal CYPs show highly conserved characteristic motifs, but very low overall sequence similarities. The characteristic motifs of fungal CYPs are distinguishable from those of CYPs in animals, plants, and especially archaea and bacteria. The four representative motifs contribute to the general function of CYPs. Fungal CYP51s and CYP61s can be used as the models for the substrate recognition sites analysis. The CYP proteins are clustered into 15 clades and the phylogenetic analyses suggest that the wide variety of fungal CYPs has mainly arisen from gene duplication. Two large duplication events might have been associated with the booming of Ascomycota and Basidiomycota. In addition, horizontal gene transfer also contributes to the diversification of fungal CYPs. Finally, a possible evolutionary scenario for fungal CYPs along with fungal divergences is proposed. Our results provide the fundamental information for a better understanding of CYP distribution, structure and function, and new insights into the evolutionary events of fungal CYPs along with the evolution of fungi.

Abstract A major group of fungi produces asexual spores (conidia) for propagation and infection. Despite the critical role of conidia, the underlying mechanism of spore formation, integrity, and viability is not fully elucidated. In this study, we have identified and investigated the role of the spore-specific transcription factor (TF) SscA in three representative Aspergillus species. Comparative transcriptomic analyses have revealed that 25 TF encoding genes showed higher mRNA levels in conidia than in hyphae in three species. Functional and transcriptomic analyses of the 25 genes have identified SscA as a key TF for conidial formation, maturation, germination, integrity, amino acid production, and secondary metabolism in Aspergillus nidulans conidia. Importantly, the roles of SscA are conserved in other Aspergillus species. Altogether, our study demonstrates that SscA is a novel spore-specific TF that governs production of intact and functional conidial formation in Aspergillus species. Importance Filamentous fungi produce myriads of asexual spores are main reproductive particles and act as infectious or allergenic agents. Although the serial of asexual sporogenesis is coordinated by various genetic regulators, there remain uncharacterized transcription factors in Aspergillus . To understand the underlying mechanism of spore formation, integrity, and viability, we have performed comparative transcriptomic analyses on three representative Aspergillus species and found a novel spore-specific transcription factor, SscA. SscA has a major role in conidial formation, maturation and dormancy, and germination in Aspergillus nidulans . Transcriptomic data indicate that SscA coordinates conidial wall integrity, amino acid production, and secondary metabolism in A. nidulans conidia. Furthermore, the roles of SscA are conserved in other Aspergillus species. Our findings that the novel SscA has broad functions in Aspergillus conidia will help to understand conidiogenesis of Aspergillus species.

Abstract In filamentous fungi, asexual development involves morphological differentiation and metabolic changes leading to the formation of asexual spores. The process of asexual spore formation in Aspergillus is precisely regulated by multiple transcription factors (TFs), including VosA, VelB, and WetA, and these three TFs are key regulators of the formation and maturation of asexual spores (conidia) in Aspergillus including the model fungus Aspergillus nidulans . To gain a mechanistic insight on the complex regulatory roles of these TFs in asexual spores, we conducted genome-wide studies on the expression, protein-DNA interactions, and primary and secondary metabolism employing A. nidulans conidia. RNA sequencing and chromatin immunoprecipitation-sequencing data have revealed that the three TFs directly or indirectly regulate the expression of genes associated with spore-wall formation/integrity, asexual development, and secondary metabolism. In addition, metabolomics analyses of wild-type and mutant conidia indicate that these three TFs regulate a diverse array of primary and secondary metabolism. In summary, WetA, VosA, and VelB play inter-dependent and distinct roles governing morphological development and primary/secondary metabolic remodeling in Aspergillus conidia. Importance Filamentous fungi produce a vast number of asexual spores that act as reproductive and propagator cells. These spores affect humans, due to the infectious or allergenic nature of the propagule. Aspergillus species produce asexual spores called conidia and their formation involves morphological development and metabolic changes, and the associated regulatory systems are coordinated by spore-specific transcription factors. To understand the underlying global regulatory programs and cellular outcomes associated with conidia formation, functional genomic and metabolomic analyses were performed in the model fungus Aspergillus nidulans . Our results show that the fungus specific WetA/VosA/VelB transcription factors govern the coordination of morphological and chemical developments during sporogenesis. The results of this study provide insights into the genetic regulatory networks about how morphological developments and metabolic changes are coordinated in fungi. The findings are relevant for other Aspergillus species such as the major human pathogen Aspergillus fumigatus and the aflatoxin-producer Aspergillus flavus .

Fermentation alters the protein content and composition of foods. To characterize fungal catabolism of peanut proteins, defatted peanut flour was fermented by

Asexual sporulation is fundamental to the ecology and lifestyle of filamentous fungi and can facilitate both plant and human infection. In Aspergillus, the production of asexual spores is primarily governed by the BrlA->AbaA->WetA regulatory cascade. The final step in this cascade is controlled by the WetA protein and not only governs the morphological differentiation of spores but also the production and deposition of diverse metabolites into spores. While WetA is conserved across the genus Aspergillus, the structure and degree of conservation of the wetA gene regulatory network (GRN) remains largely unknown. We carried out comparative transcriptome analyses between wetA null mutant and wild type asexual spores in three representative species spanning the diversity of the genus Aspergillus: A. nidulans, A. flavus, and A. fumigatus. We discovered that WetA regulates asexual sporulation in all three species via a negative feedback loop that represses BrlA, the cascade's first step. Furthermore, ChIP-seq experiments in A. nidulans asexual spores suggest that WetA is a DNA-binding protein that interacts with a novel regulatory motif. Several global regulators known to bridge spore production and the production of secondary metabolites show species-specific regulatory patterns in our data. These results suggest that the BrlA->AbaA->WetA cascade's regulatory role in cellular and chemical asexual spore development is functionally conserved, but that the wetA-associated GRN has diverged during Aspergillus evolution.