从腐烂洋葱中分离的三种拉恩氏菌基因组草图解析及其致病性研究

《Journal of Plant Pathology》：Draft genome sequences of Rahnella perminowiae, R. aceris, and R. aquatilis isolated from onion bulbs (Allium cepa L.) displaying symptoms of bacterial rot

本研究针对洋葱细菌性腐烂病中机会性病原体Rahnella属的遗传机制不清问题，研究人员通过对从美国华盛顿州、加利福尼亚州和南非自由州 symptomatic onion bulbs 中分离的5株Rahnella菌株（R. aquatilis、R. aceris和R. perminowiae）进行全基因组测序，获得了高质量的基因组草图（基因组大小5.5-5.8 Mb，GC含量51.6-52.2%，BUSCO完整性98-100%）。通过ANI分析和核心基因系统发育树确认了菌株分类地位，为解析Rahnella-洋葱互作的致病机制提供了关键基因组资源。

　　

在全球范围内，洋葱(Allium cepa L.)作为重要的蔬菜作物，其生产对粮食安全具有关键意义。然而，近年来机会性细菌植物病原体的出现对洋葱产业构成了新的威胁，其中拉恩氏菌属(Rahnella)便是这样一个令人困惑的群体。这些属于耶尔森菌科(Yersiniaceae)的革兰氏阴性兼性厌氧菌，既被发现具有植物促生特性，又被报道与洋葱球茎腐烂症状相关，这种双重身份使得科学界对其致病机制充满好奇。

以往的研究表明，在挪威和美国等地的 symptomatic onion bulbs 中均检测到拉恩氏菌的存在。洋葱感染后表现出内层肉质鳞片褐变、坏死以及鳞片萎缩等典型症状。特别值得关注的是，拉恩氏菌属中的某些物种，如R. aquatilis，长期以来被认为是有益的植物促生根际细菌(plant growth-promoting rhizobacterium)，而R. perminowiae 近期也被发现具有促生特性。这种既可能有益又可能致病的特点，使得理解拉恩氏菌与洋葱互作的遗传基础变得尤为重要。

正是在这样的背景下，由Fanele C. Mnguni、Gi Yoon Shin、Brenna J. Aegerter、Lindsey J. du Toit、Michael L. Derie和Teresa A. Coutinho组成的研究团队，在《Journal of Plant Pathology》上发表了他们的最新研究成果。该研究旨在通过对从 symptomatic onion bulbs 中分离的拉恩氏菌菌株进行基因组测序，为解析这些机会性病原体的致病机制奠定基础。

研究人员采用了多种关键技术方法开展本研究。从样本来源看，5株拉恩氏菌菌株分别来自美国华盛顿州(20WA0051、20WA0052)、加利福尼亚州(20CA0197、20CA0198)的 symptomatic onion plants 和南非自由州(FS4)的 symptomatic onion bulb。技术方面，研究通过16S rRNA基因测序进行菌株初步鉴定，使用Illumina MiSeq平台进行全基因组测序(2×150 bp，覆盖度25-102×)，利用SPAdes进行de novo组装，通过QUAST评估组装质量，采用CheckM检测污染，BUSCO评估完整性，JSpeciesWS计算平均核苷酸同源性(ANI)，Roary进行核心基因分析，RAxML构建系统发育树。

基因组特征分析

研究获得了5株拉恩氏菌菌株的高质量基因组草图，基因组大小在5,538,857 bp至5,840,737 bp之间，GC含量为51.6%至52.2%。组装质量评估显示，contig数量从61到256不等，N50值除R. aceris 20WA0057外均大于100,000 bp。CheckM分析表明所有基因组的污染水平均低于推荐阈值5%，BUSCO评估显示基因组完整性达98%至100%。这些菌株编码4,981至5,431个蛋白质编码基因，含有3-4个rRNA基因，52-55个tRNA基因，以及一个tmRNA基因。

物种鉴定确认

通过平均核苷酸同源性(ANI)分析，5株菌株的ANI值在98.89%至99.39%之间，超过了95%的物种界定阈值，确认了两株加利福尼亚菌株为R. aquatilis，两株华盛顿菌株为R. aceris，以及南非菌株FS4为R. perminowiae。基于3,356个核心基因构建的最大似然系统发育树进一步证实了这一分类结果，显示这些菌株分别聚集在三个不同的拉恩氏菌物种分支中。

基因组资源价值

本研究提供的基因组草图具有高质量和完整性，为后续研究拉恩氏菌与洋葱互作的分子机制提供了重要资源。特别是对于理解这些传统上被认为是植物促生菌的机会性病原体如何在与洋葱的互作中表现出致病性具有重要价值。基因组中注释的蛋白质编码基因为鉴定潜在的致病性因子奠定了基础。

本研究首次报道了从 symptomatic onion bulbs 中分离的R. aquatilis、R. aceris和R. perminowiae的基因组序列，为理解拉恩氏菌属的遗传多样性和进化关系提供了重要见解。这些高质量的基因组资源将促进未来对拉恩氏菌-洋葱互作机制的研究，特别是在识别可能参与致病过程的毒力因子方面。考虑到拉恩氏菌属物种在环境中的广泛分布及其在植物微生物组中的复杂作用，本研究为解析这些细菌从有益菌向机会性病原体转变的遗传基础迈出了关键一步。随着全球洋葱生产面临日益严重的细菌性病害威胁，这类基础基因组资源对于开发有效的病害管理策略具有重要意义。