黑腐皮壳属(Valsa)五个致病种的比较基因组学研究

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子囊菌黑腐皮壳属Valsa spp.是引起树木枝干溃疡病的重要病原菌,该类枝干病害在我国以及世界范围内发生广泛,且防治难效果差。因此,尽快深入挖掘黑腐皮壳属不同致病种类的基因组信息并进行比对研究,将对其致病机理的解析具有重要价值,进而对抗病育种和药剂研发将具有重要指导作用。本研究对五个黑腐皮壳致病菌全基因组进行了测序、比对分析,取得以下主要结果:1.测序获得三个较高质量的黑腐皮壳菌全基因组数据信息,首次进行了5种致病菌的全基因组学比对分析。(1)本研究完成了在我国分离得到的三个重要的黑腐皮壳菌基因组,其中包括一个分离自苹果树的弱致病性菌V.malicola、一个桃树腐烂病病原菌V.persoonii和一个杨树腐烂病病原菌V.sordida。全基因组大小分别为38.3 Mb、36.2Mb和37.6 Mb。蛋白编码基因个数分别为10848、10099和10296。(2)首次系统揭示了这三个种与之前测序的V.mali和V.pyri五个物种的进化关系,发现V.mali(Vm)和V.pyri(Vp)关系最近,V.malicola(Vmc)和V.sordida(Vs)最近,V.persoonii(Vps)和其他四个致病种进化关系较远。(3)种间同源性比较表明,五个腐烂菌致病种间呈现较高的共线性水平,90%以上的基因位于共线性区域内,并且90%以上的基因在物种间拥有直系同源基因。2.比较分析揭示了影响黑腐皮壳菌在侵染致病上偏好各自寄主的可能因素。(1)次级代谢基因簇在种间趋于特异化的变异,大量次级代谢基因簇依附于高变异的AT富集区,并且种间特有基因显著富集于基因簇中,这些差异也许为黑腐皮壳菌产生寄主选择性毒素提供了可能。(2)寄主抗性相关的膜转运蛋白,如DHA和ABC类转运蛋白家族,其序列变异和基因组定位在种间存在着明显分歧,另外对病原-寄主互作至关重要的GPCR分别在Vm和Vs分支表现出明显的正选择作用,这些膜蛋白在种间的变异可能促进病菌适应不同的寄主环境和营养条件。(3)分泌信号在直系同源物间存在差异化缺失,其中包括潜在效应蛋白、胞壁降解酶、蛋白酶等,这些重要的致病相关因子可能通过缺失分泌信号逃避寄主免疫识别,从而有利于黑腐皮壳菌偏好地侵染不同寄主。3.分析发现重复序列对黑腐皮壳菌间的分歧起到了重要作用。(1)重复序列对基因的插入影响了基因的变异速率,同时黑腐皮壳菌间种特有基因的重复可能跟重复序列的插入相关。(2)高重复序列对AT富集区的形成和变异起到了驱动作用,而AT富集区域与次级代谢基因簇和种间特有基因显著相关。(3)重复序列在黑腐皮壳菌分歧过程中发生了明显的扩展和收缩,在高重复序列含量的Vm中,保守的共线性区块内大片段插入是其有别于其它菌种的扩展基因组大小的一种形式。综合以上分析,本论文首次深入系统分析了黑腐皮壳真菌5个致病种之间全基因组水平的进化关系、同源性、差异性及其差异原因,对深入解析致病机理和寄主偏好性提供了重要证据。
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