The Crop Journal | 中国农科院作科所构建禾谷丝核菌基因组图谱并揭示其进化和致病机制

小麦是全球主要的粮食作物。小麦纹枯病是我国乃至世界重要的小麦土传真菌病害之一。近10多年来，小麦纹枯病在我国发生面积持续在800~867万公顷，每年导致小麦减产10%~30%，已成为我国分布最广的小麦病害之一。坏死性担子真菌禾谷丝核菌（Rhizoctonia cerealis）是小麦纹枯病的主要致病菌，也侵染大麦、燕麦、黑麦、棉花、马铃薯、甜菜等。因该病原菌具有双核、有性生殖退化等特性，人们对其进化和致病机制的认识十分有限。

近日，中国农业科学院作物科学研究所张增艳研究团队联合南京农业大学叶文武副教授及山东农业大学于金凤教授团队，在The Crop Journal在线发表了题为“Genome sequencing reveals the evolution and pathogenic mechanisms of the wheat sharp eyespot pathogen Rhizoctonia cerealis”的研究论文。研究者采用第二代和三代结合的测序技术对Rhizoctonia cerealis强致病菌株RC207进行全基因组测序，组装出56.36M的全基因组框架图，预测得到14,433个基因。13,721个基因注释到Pfam、NCBI-nr等7个数据库，其中3659个基因注释到致病因子数据库中。与担子菌类和不同类型病原菌比较基因组发现，其具有特有的致病基因家族和功能蛋白。此外，还用二代测序技术对Rhizoctonia cerealis的另一个强致病菌株RC301完成了全基因组测序和拼接。

基因组系统进化分析确定了禾谷丝核菌在担子菌亚门独特的进化地位。比较基因组和基因组结构进化分析表明，禾谷丝核菌重复序列丰富的基因组区域包含较高数目的分泌蛋白、碳水化合物水解酶-编码基因、更多的种特异或低表达基因，说明这些基因经历了迅速进化；丰富的潜在移动或可塑性基因组区域富含重复序列，对禾谷丝核菌适应性和致病性相关的病原菌进化起着重要的作用。通过分析病原菌侵染小麦不同时期的基因表达谱，构建了致病因子在侵染过程中的表达模式。分析表明，禾谷丝核菌中的大多数分泌蛋白编码基因，包括碳水化合物水解酶家族、过氧酶、脱氢酶和细胞色素P450，在病原菌侵染小麦过程中上调表达。预测到831个候选效应因子/致病因子。功能验证结果表明，在编码候选效应子蛋白的10个上调基因中，有9个被证实为促进禾谷丝核菌感染的坏死性病菌效应因子。该研究结果为进一步研究重要病原菌的比较和功能基因组学提供了宝贵的资源，并为制定有效的抗纹枯病防治策略提供了重要的依据。

图1 R. cerealis Rc207的基因组序列特征

作者和基金项目

中国农业科学院作物科学研究所卢霖博士、已毕业硕士研究生郭飞龙和南京农业大学张志超博士为该文共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所张增艳研究员和南京农业大学叶文武副教授为共同通信作者。该研究得到国家转基因生物新品种培育重大专项（2016ZX08002001）资助。感谢江苏省农业科学院陈怀谷研究员提供RC301菌株。张增艳研究员团队长期从事小麦抗病基因挖掘分子机制研究与分子育种，已在Plant Biotechnology Journal、New Phytologist、Plant Physiology等学术期刊上发表多篇高水平研究论文。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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