高质量注释的三倍体根结线虫(Meloidogyne enterolobii)基因组:解开检疫害虫的遗传密码

【字体: 时间:2025年01月31日 来源:Scientific Data 5.8

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  根结线虫(RKN)严重影响农业生产,现有针对其他根结线虫物种的抗性基因对 Meloidogyne enterolobii 大多无效,其被列为欧盟检疫害虫。研究人员测定 M. enterolobii 高质量基因组,为相关研究提供平台,有助于防控该害虫。

  在广袤的农田里,一场无声的 “战争” 正在上演,罪魁祸首便是根结线虫(Root-knot nematodes,RKN)。它们是植物的 “吸血鬼”,悄无声息地寄生在植物根部,贪婪地汲取营养,导致农作物减产、品质下降,严重威胁着全球的粮食供应。在众多根结线虫中,Meloidogyne enterolobii 更是其中的 “狠角色”。它不仅能突破许多现有抗性基因的防线,对多种农作物造成严重破坏,而且由于其与其他根结线虫在形态上极为相似,一旦造成损害,识别起来困难重重。目前,针对其他根结线虫物种的抗性基因在它面前大多失效,使得它被欧盟列为检疫害虫。面对这样的困境,深入探索 M. enterolobii 的基因组,了解其致病的分子机制,成为了农业科研领域亟待攻克的难题。
为了揭开 M. enterolobii 的神秘面纱,来自法国、德国等多国研究机构的研究人员携手合作。他们通过深入研究,成功测定了 M. enterolobii 的高质量基因组,为后续的研究搭建了重要平台。这一成果发表在《Scientific Data》上,为全球防控这种检疫害虫带来了新的希望。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法:首先,采用高保真长读长测序技术(PacBio HiFi)结合 DeepConsensus 序列转换工具,对 M. enterolobii 进行基因组测序和分析,以提高测序的准确性和连续性;其次,利用 k-mer 分析、Smudgeplot 和 GenomeScope2 等工具,推断基因组的倍性、杂合度和大小;此外,通过多种软件进行基因组组装、注释以及物种验证,如 Peregrine - 2021 assembler、EuGene - EP、MCScanX 等。

下面来看看具体的研究结果:

  • 基因组测序与组装:研究人员从波多黎各采集的茄子根中分离出 M. enterolobii 种群(E1834),并对其进行基因组测序。经过一系列处理,最终获得了由 556 个重叠群(contig)组成的基因组组装,其 N50 长度达到 2.11 Mb,基因组大小为 285.4 Mb,这与之前通过流式细胞术估算的结果相符,表明该组装涵盖了三个亚基因组。
  • 基因组特征分析:通过 k-mer 分析,确定 E1834 种群为三倍体,其三个亚基因组之间平均核苷酸差异度较高(6.6%)。基因组 Scope2 分析显示,该基因组具有典型的三倍体特征峰。此外,研究还发现,与其他根结线虫如 M. incognita 不同,M. enterolobii 的三个亚基因组之间的差异分布更为对称123
  • 物种验证与纯度检测:研究人员运用改进的 BlobTools 方法结合物种特异性 SCAR(sequence characterized amplified region)标记,对 M. enterolobii 种群进行物种验证和纯度检测。结果表明,E1834 种群未受到其他根结线虫物种的污染,而之前的 Mma - II 种群则被 M. incognita 严重污染456
  • 基因组完整性评估:利用 BUSCO(Benchmarking Universal Single - Copy Orthologs)和 Merqury 等工具对基因组完整性进行评估。结果显示,71.4% 的 BUSCO 基因是完整的,Merqury 分析得出的完整性分数为 99.60%,碱基准确性 Qscore 为 65.70,表明该基因组组装质量较高78
  • 基因预测与结构分析:使用 EuGene - EP 管道预测基因,共预测出 49,870 个基因,其中蛋白质编码基因 45,924 个。MCScanX 分析表明,大部分基因重复属于全基因组重复,进一步证实了该基因组的三倍体结构910
  • 线粒体基因组组装与注释:成功组装了 M. enterolobii 的线粒体基因组,长度为 19,193 bp,GC 含量为 17.2%。注释结果显示,该线粒体基因组包含了参与线粒体呼吸链的基因、tRNA 以及 rRNA 等。通过与 NCBI 数据库比对,进一步确认了 E1834 种群为 M. enterolobii1112

综合上述研究结果,研究人员成功获得了高质量的 M. enterolobii 三倍体基因组。这一成果意义重大,它为根结线虫的种内和种间比较基因组学研究提供了可靠资源,有助于深入理解 M. enterolobii 的生物学特性、寄生机制以及进化历程。同时,高质量的基因组组装也为开发更有效的分子标记提供了基础,有助于在早期准确识别 M. enterolobii,从而采取针对性的防控措施,减少其对农业生产的危害。此外,该研究还为其他复杂多倍体物种的基因组研究提供了参考和借鉴,推动了整个生命科学领域对多倍体生物的认识和研究。

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