不同毒力水平Dickeya solani菌株的基因表达分析揭示该物种关键致病因子

本研究针对马铃薯软腐病重要病原菌Dickeya solani的毒力差异机制，通过甲基组和转录组分析比较了高毒力菌株IFB0099与低毒力菌株IFB0223。研究发现尽管两菌株甲基化模式相似，但在多聚半乳糖醛酸(PGA)诱导条件下，IFB0099中果胶裂解酶(pelD/pelE/pelL)、蛋白酶(prtE/prtD)及群体感应系统(Vfm)相关基因表达显著增强，同时II型分泌系统(T2SS)和鞭毛形成基因表达上调。该研究首次系统揭示了D. solani毒力差异的转录调控基础，为防控这一重要植物病原体提供了新靶点。

　　

马铃薯是全球第四大粮食作物，然而由Dickeya solani引起的软腐病和黑胫病每年造成严重经济损失。这种病原菌通过分泌植物细胞壁降解酶(PCWDEs)破坏寄主组织，尤其擅长在低温环境下侵染马铃薯。尽管D. solani菌株间基因组高度保守，但田间分离株却表现出显著毒力差异——例如从染病马铃薯分离的IFB0099能快速导致组织浸解，而从健康植株根际分离的IFB0223致病性较弱。这种表型差异无法用已知遗传变异完全解释，暗示可能存在表观遗传或转录调控层面的机制。

为揭示这一现象的内在机制，格但斯克大学与医科大学联合生物技术学院的研究团队对IFB0099和IFB0223进行了系统的比较基因组学研究。通过PacBio平台完成基因组测序后，采用RNA-Seq技术分析了两菌株在基础培养基(M9)和多聚半乳糖醛酸(PGA)诱导条件下的转录组差异。研究特别关注了毒力相关基因的表达模式，包括果胶酶编码基因、分泌系统组分、运动相关基因以及调控网络。

关键技术方法包括：1) 使用PacBio平台进行全基因组测序和甲基化(m⁶A)位点鉴定；2) 通过Illumina MiSeq平台开展链特异性RNA-Seq，每组设3个生物学重复；3) 采用Bowtie2将reads比对至参考基因组IPO 2222；4) 利用DESeq2进行差异表达分析(阈值|Log2FoldChange|>1且p_adj<0.05)；5) 通过TopGO进行基因本体(GO)富集分析。

DNA甲基化分析
全基因组甲基化检测发现两菌株均存在三种m⁶A修饰位点(5'-GATC-3'、5'-CNCA(N₇)RTGG-3'和5'-GAAC(N₅)TGC-3')，甲基化频率相似(90-95%)。主成分分析显示培养条件(PGA添加)比菌株基因型对转录组影响更大，解释61%的变异。

毒力相关基因表达
在PGA诱导下，高毒力菌株IFB0099中关键果胶裂解酶基因pelD(Log2FC=4.66)、pelE(3.44)和pelL(1.66)表达显著高于IFB0223。蛋白酶基因prtE和prtD仅在IFB0099中显著诱导。Vfm群体感应系统的vfmE基因在IFB0099中表达量达IFB0223的3.87倍。T2SS效应蛋白编码基因nipE在IFB0099中上调更明显(Log2FC=1.49 vs 0.48)，而10个鞭毛装配基因在IFB0099中普遍呈现更高表达。

调控网络差异
虽然两菌株在KdgR调控的果胶代谢通路上调程度相似，但IFB0099中跨膜转运蛋白KdgM(参与寡聚半乳糖醛酸摄取)表达量达IFB0223的5.6倍。应激响应基因uspB在IFB0099基础条件下表达更高，而VI型分泌系统组分基因在IFB0223中更活跃。

这项研究首次系统阐释了D. solani毒力分化的转录调控基础。尽管甲基化模式保守，但高毒力菌株通过协同上调PCWDEs、强化营养摄取(kdgM)和激活Vfm群体感应系统来增强致病性。特别值得注意的是，T2SS组分gspJ和鞭毛基因的差异表达提示分泌效率和运动能力也是毒力分化的关键因素。这些发现为开发针对D. solani的新型防控策略提供了分子靶点——例如干扰Vfm信号传导或阻断KdgM介导的营养竞争。该研究同时建立了D. solani转录调控的参考框架，为后续比较功能基因组学研究奠定基础。论文成果发表在《Scientific Reports》期刊，对理解植物病原菌的适应性进化具有重要理论价值。