2017-11-17 17:22:13
近日，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所科研團隊從基因組學角度深入剖析了大麗輪枝菌寄主適應性的分子進化機制，首次闡明了大麗輪枝菌寄主廣譜性與?；詣討B(tài)平衡的基因組學基礎。
大麗輪枝菌是一種毀滅性的維管束土傳植物病原真菌，曾與馬鈴薯晚疫病并列為世界頭號檢疫對象，寄主非常廣泛，能夠侵染8科660多種植物，包括很多具有重要經(jīng)濟價值的農(nóng)作物，全球范圍內(nèi)由大麗輪枝菌引起的黃萎病損失每年超過數(shù)百億美元。縱觀百年大麗輪枝菌研究歷程，科學家一直致力于回答3個科學問題，即病原如何適應維管束寡營養(yǎng)環(huán)境；病原生理型分化的遺傳學基礎；病原與寄主廣譜性和專化性間的動態(tài)協(xié)同進化機制。雖然美國、荷蘭相關科研單位通過對來源萵苣大麗輪枝菌基因組解析闡明了大麗輪枝菌適應維管束寡營養(yǎng)環(huán)境的基因組學基礎以及通過來源番茄大麗輪枝菌基因組分析發(fā)現(xiàn)了染色體重排介導的病原菌種群分化機制，但對大麗輪枝菌廣適性背景下的寄主專化性的動態(tài)遺傳機制一直未有突破。
加工所戴小楓研究員領銜的加工有害生物創(chuàng)新團隊鑒定來源于萵苣、番茄和棉花大麗輪枝菌對不同寄主的侵染能力，確證了來源于棉花的模式大麗輪枝菌Vd991對寄主棉花具有優(yōu)勢適應性（?；裕┑奶卣?；在大麗輪枝菌Vd991全基因組測序基礎上，通過比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，適應棉花的大麗輪枝菌Vd991較來源萵苣和番茄大麗輪枝菌并未發(fā)生基因擴張、蛋白家族擴張、致病相關基因（分泌蛋白、碳水化合物酶類、激酶、轉(zhuǎn)錄因子）富集等特異變化，但三者之間均衍生了約1000個特異基因，提示大麗輪枝菌的泛基因組是開放的，這是大麗輪枝菌寄主多樣性和病原菌生理變異的重要分子基礎；基因組及編碼基因共線性分析發(fā)現(xiàn)，這些特異基因在三個大麗輪枝菌基因組中均形成了4個特異區(qū)段，暗示這些特異基因組區(qū)段與大麗輪枝菌對來源寄主的適應性相關；對來源于棉花的大麗輪枝菌Vd991基因組的4個特異區(qū)段比較分析發(fā)現(xiàn)，其中一個區(qū)段（G-LSR2）與棉花枯萎病菌基因高度同源，進一步的分子進化分析也支持該區(qū)段由棉花枯萎病菌橫向水平轉(zhuǎn)移而來；該區(qū)段敲除后對寄主棉花的適應性顯著下降，但不影響對其他寄主（萵苣和番茄）的致病性，而將該區(qū)段編碼基因?qū)雭碓从谌n苣和番茄的大麗輪枝菌中，則增強了其對棉花的寄主適應性，同時還不影響對來源寄主萵苣和番茄的致病性，這證明了該區(qū)段是決定大麗輪枝菌寄主適應性（?；裕┑年P鍵遺傳變異區(qū)域。該研究首次闡明了作為廣譜性病原大麗輪枝菌寄主適應性的分子進化機制，發(fā)現(xiàn)了棉花大麗輪枝菌和枯萎病菌長期混生過程的基因水平轉(zhuǎn)移證據(jù)，為進一步闡明大麗輪枝菌侵染為害和致害機理，發(fā)展相應的關鍵防控技術提供了理論基礎。
該研究由中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所聯(lián)合華大基因和美國加州大學戴維斯分校共同完成，戴小楓研究員、華大基因張耕耘研究員和美國加州大學戴維斯分校克里希那·蘇巴拉奧（Krishna Subbarao）教授為共同通訊作者。研究得到了中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項等項目資助。
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