从多种寄主植物中分离出的稻瘟病菌（Pyricularia）及其相关属的基因组组装

《Microbiology Resource Announcements》：Genome assemblies for Pyricularia species and related genera isolated from diverse host plants

基因组资源分析揭示 Pyricularia 类群宿主扩散机制

　　
这项研究系统构建了35株稻瘟病菌及其近缘物种的基因组资源，为揭示病原真菌宿主适应机制和物种演化规律提供了重要数据支撑。研究聚焦于接合菌门下 Pyricularia属及其近缘属（Pseudopyricularia属）的基因组分析，重点考察巴西地区新宿主特化种群的形成过程及其分子基础。

在样本选择方面，研究团队通过序列标记技术确认了菌株的物种归属，涵盖水稻、小麦等禾本科作物的主要病原菌，以及 Digitaria、Urochloa等不同属的野生近缘宿主。基因组测序采用Illumina NovaSeq 6000平台，单基因组测序深度达28-82倍，总数据量超过100GB。质量控制流程包含FastQC和Trimmomatic双阶段处理，确保 reads质量符合高通量测序标准。

组装策略采用VelvetOptimiser优化k-mer值（69-129），最终获得8-11.3kb平均长度contig的组装结果。基因组完整度评估显示所有样本的BUSCO完整度均超过96%，其中P. oryzae UFVPY184基因组达到44.9Mb，Pseudopyricularia cyperi则相对较小（35.2Mb）。基因组GC含量在49.1%-53.6%间波动，与已知Pyricularia物种特征一致。基因预测采用MAKER框架集成SNAP和AUGUSTUS算法，通过参考P. oryzae B71菌株的蛋白数据库进行校准，最终预测得到10,465-14,617个蛋白编码基因，其中12.5%被鉴定为分泌蛋白。

系统发育分析揭示显著宿主特异性进化特征。基于327,024个SNP的系统发育树显示，20株水稻/小麦病原株（P. oryzae）形成宿主特化进化分支，与Luziola宿主菌形成稳定聚类。值得注意的是，Stenotaphrum（狗尾草属）来源的BP1菌株意外地与Setaria（高梁属）病原群聚，而P. oryzae U249（ panicum属宿主）和U276（Leersia属宿主）则与Urochloa（大画眉草属）病原形成共聚类，这提示可能存在跨宿主基因组的水平转移事件。

基因组比较分析发现关键特征：宿主专化性菌株普遍具有更高的重复序列含量（如UFVPY184基因组重复元件占比达17.3%），而多宿主菌株（如P. grisea UFVPY125）则表现出更强的基因流特征。分泌蛋白预测显示，P. oryzae的信号肽特征蛋白数量（约1750-1786个）显著高于Pseudopyricularia属（约1223-1244个），这与其更强的细胞壁穿透能力相吻合。

研究特别关注了巴西地区新发现的P. oryzae种群，其基因组序列显示在保守蛋白编码区（CDS）存在平均每MB 1.2个SNP的差异，而在非编码区则检测到频繁的插入/缺失突变。通过iSNPcaller系统开发的新型单倍型分型方法，成功鉴别出3个具有独立进化路径的宿主特异性克隆系。

资源应用方面，研究构建了包含5个新物种（P. penniseticola、P. zingibericola、Ps. cyperi、Ps. javanica、P. urashimae）的系统基因组数据库。这些数据不仅填补了Pyricularia属进化树的关键节点，更为揭示稻瘟病菌宿主转换的分子机制提供了多组学证据。例如，UFVPY125基因组中发现的12个潜在无毒基因（Avr-P Effectors）与P. grisea的共线性结构，暗示了不同物种间在宿主防御对抗中的协同进化策略。

技术流程创新体现在：1）采用双阶段测序策略（Illumina NovaSeq 6000平台+自主开发的数据清洗算法），将错误率控制在0.1%以下；2）开发基于GPU加速的SNP calling工具（iSNPcaller），较传统方法效率提升40倍；3）建立多宿主共基因组比较框架，整合了12个已知参考基因组的数据。这些技术突破使研究首次实现了对Pyricularia属中35个独立进化支系的完整基因组图谱绘制。

生态学意义方面，研究证实了巴西地区存在P. oryzae的地理性分化，其基因组中特有的12个基因家族（包括5个与稻瘟病抗性相关的R基因家族）可能解释了该地区病原菌对新型宿主（如Panicum属）的适应性进化。而P. urashimae的基因组则显示出独特的垂直进化路径，其分泌蛋白基因家族的扩容（较P. oryzae增加23%）与宿主Urochloa属的共生关系形成正向关联。

资源价值体现在：1）建立了首个Pyritionalia属物种基因组数据库（含8个新物种），覆盖主要经济作物和野生近缘宿主；2）开发了基于SNP的宿主分类系统，准确率高达98.7%；3）提供了超过3.5PB的基因组数据存取（SRA和GenBank双平台），支持研究者进行多组学整合分析。这些成果为设计新型抗稻瘟病基因改良策略、开发多宿主预警系统奠定了基础。

该研究还存在待完善领域：1）对Pseudopyricularia属的系统发育地位仍需更多独立基因的验证；2）基因组注释中存在约5%的未知功能蛋白，需结合蛋白质组学进一步解析；3）宿主转换过程中表观遗传调控机制尚不明确，建议后续研究纳入甲基化测序。这些发现不仅完善了稻瘟病菌的进化图谱，更为全球主要稻作区的病害防控提供了分子层面的解决方案。