甘薯基因组新突破：破解镰刀菌病害谜团
甘薯基因组新突破：破解镰刀菌病害谜团
近日，广东省农业科学院作物研究所甘薯团队在国际学术期刊《Microbiology Spectrum》上发表了一项关于甘薯镰刀菌根茎腐病病原菌基因组研究的重要成果。通过全基因组测序及比较基因组分析，首次揭示了F. solani-melongenae的高质量全基因组序列，为防治甘薯主要病害提供了新的分子靶点。
甘薯（Ipomoea batatas）是主要粮食作物之一，营养丰富、用途广泛，在保障粮食安全方面有重要意义，同时也是化工及药剂的重要原材料。在过去几年，一种导致甘薯产量及品质下降的镰刀菌根茎腐病（Fusarium root and stem rot，FRST）已在我国多个甘薯种植省份传播，包括广东、浙江、福建及海南等。感染FRST的甘薯植株会出现不同于甘薯根腐病的症状：其茎基部最先出现水渍状腐烂，在潮湿阴雨天气下茎基部还会出现大量红色子囊壳；随着病情发展，上部叶片黄化枯萎，地下块根凹陷腐烂，最终整株死亡。FRST已逐渐成为甘薯主要病害之一，但其病原菌仍未被鉴定，这为防治FRST带来一定阻碍。
本研究从感染FRST甘薯病样中分离并鉴定一株致病力最强的菌株CRI 24-3，基于ONTNanopore技术对CRI 24-3全基因组进行测序及功能注释，获得49.6Mb的染色体水平基因组草图，包含15,374个假定基因。真菌显微形态观察及分子系统进化树的结果表明，CRI 24-3属于茄腐镰刀菌种群复合体（F. solani species complex，FSSC）第三个分支的F. solani-melongenae，但其形态和进化关系与传统认为引起甘薯根腐病的致病菌茄腐镰刀菌（F. solani）不同。在进一步将CRI 24-3及其他15种已完成基因组测序的FSSC成员进行比较基因组分析后的结果表明，CRI 24-3与这些成员的基因组之间拥有共同的保守序列，同时揭示CRI 24-3基因组编码较多的致病性相关蛋白，包括效应子、碳水化合物活性酶、病原物–宿主互作蛋白及其独有的萜烯合成酶。这些结果有助于促进对镰刀菌属基因组构成、功能和进化关系的整体理解。
本研究对引起甘薯镰刀菌根茎腐病病原菌F. solani-melongenaeCRI24-3的形态、基因组序列及分子系统发育关系等进行全面分析，首次公布F. solani-melongenae的高质量全基因组序列，为镰刀菌属其他近缘种基因组序列组装提供有力依据。该研究揭示F. solani-melongenae基因组编码大量的碳水化合物活性酶具有将纤维素等丰富多糖转化为可持续、可再生能源的应用潜力；同时揭示促进镰刀菌病的致病性因子，是镰刀菌致病机制研究的理想对象以及专性杀菌剂开发的潜在分子靶点，有望推动对镰刀菌病害防治策略的制定。
本研究得到广东省重点领域研发计划项目、国家现代农业产业技术体系项目、广东省现代农业产业技术体系甘薯马铃薯创新团队项目、广东省农业科学院博士后科研专项等资助。