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棉花生产常受大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）侵害，产量损失严重。研究人员对从河南病棉根分离的新菌株 “黄萎病菌” 开展基因组测序研究。结果显示其基因组有独特特征，含致病相关基因。该研究为防控棉花黄萎病奠定基础。
在农业生产的大舞台上，棉花占据着举足轻重的地位，它不仅是纺织业的重要原料，其种子还能用于饲料和食品补充，秸秆也可作为生物能源的来源。然而，棉花的生长之路却布满荆棘，各种病害如同隐藏在暗处的 “杀手”，时刻威胁着棉花的产量和质量。其中，大丽轮枝菌（
Verticillium dahliae）引发的黄萎病堪称棉花种植的一大劲敌。大丽轮枝菌是一种土壤传播的致病真菌，能侵染约 400 种植物，棉花便是其主要的攻击目标之一。2021 年，在中国，大丽轮枝菌估计致使棉花减产 15 - 20%，给棉花产业带来了巨大的经济损失。
面对这一严峻挑战，河南大学的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究 —— 对一种从河南病棉根中分离出的大丽轮枝菌新菌株 “黄萎病菌” 进行基因组测序。他们期望通过深入解析该菌株的基因组，挖掘其致病机制，为棉花黄萎病的防治找到新的突破口。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，从自然感染的棉花根中分离并鉴定出 “黄萎病菌” 菌株；接着，提取其基因组 DNA，构建测序文库并进行双端测序；随后，利用生物信息学工具对测序数据进行处理，包括基因组组装、基因预测和功能注释等；最后，通过多种数据库分析其潜在的毒力因子、代谢途径等。
下面我们来详细看看研究结果。
- 形态和进化分析：将采集的感染棉花根样本在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上培养后观察发现，“黄萎病菌” 菌株形成了蓬松、奶油白色的菌丝，还产生了大量椭圆形分生孢子。进化分析表明，它与V. dahliae的 getta_getta 菌株亲缘关系较近，与其他一些菌株则相对较远。同时，研究还发现 7 个物种间共有 6,594 个基因。
- 基因组测序和组装：对 “黄萎病菌” 基因组测序后，经过质量控制得到 47.25Mb 的干净 reads。该基因组由 6 条染色体组成，其 N50 长度、L50 长度以及 GC 含量等与其他菌株存在差异。并且，通过评估发现基因组组装的完整性较高。
- 基因预测和功能注释：使用 GeneMark - ES 软件预测出 9,901 个基因，同时对非编码 RNA（ncRNAs）进行了注释。功能注释显示，大量基因在多个数据库中得到注释，在不同的代谢途径和生物过程中发挥作用。例如，在 KEGG 注释中，有 3,308 个基因被注释到 24 条代谢途径中，包括碳水化合物代谢、真菌次级代谢产物合成等。
- 真菌病原体毒力因子预测：通过在真菌毒力因子数据库（DFVF）中查询，预测出 1,057 个与 “黄萎病菌” 致病性相关的蛋白。其中，57 个毒力蛋白与已知的致病因子相似度较高，可能参与多种植物病害的扩散。通过系统发育分析还发现，一些预测的毒力因子可能具有共同的祖先。此外，利用病原体 - 宿主相互作用（PHI）数据库预测出 2,496 个参与病原体 - 宿主相互作用的基因，其中 33 个可能具有超强毒力效应。
- 效应蛋白和 PAMPs 诱导蛋白：分析 “黄萎病菌” 的分泌蛋白发现，共有 688 个蛋白被预测为分泌蛋白。这些蛋白包含多种参与碳水化合物和蛋白质降解的结构域，如 4 个果胶裂解酶基因成员和多个糖苷水解酶家族蛋白。
- 次级代谢和霉菌毒素途径：代谢途径分析显示，“黄萎病菌” 具有合成黄曲霉毒素的潜力，同时有 36 个基因参与萜类和聚酮化合物的生物合成，还有 144 个基因编码参与异生物质降解和代谢的蛋白，这表明该菌株可能具有广泛的生态适应性。
研究结论和讨论部分指出，“黄萎病菌” 的分泌蛋白具有高度多样性，其中一些蛋白家族有助于其致病，如多个糖苷水解酶家族蛋白。同时，该菌株还能产生多种次级代谢产物，这些次级代谢产物可能在应对环境压力和致病过程中发挥作用。此外，研究还发现 “黄萎病菌” 可能是一种霉菌毒素产生菌。该研究详细解析了 “黄萎病菌” 的基因组特征，为深入了解其致病机制、开发有效的防治策略提供了重要的理论依据，也为未来棉花黄萎病的防控研究指明了方向。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为全球棉花黄萎病防治研究领域注入了新的活力，有望推动相关研究取得新的突破，从而减少棉花黄萎病带来的损失，保障棉花产业的健康发展。
