稻瘟病菌70-15参考基因组端粒到端粒(T2T)高质量组装与注释揭示病原体进化新机制

为解决稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)参考基因组MG8版本存在大量缺口和重复序列未解析的问题，中国科学院遗传与发育生物学研究所团队通过PacBio HiFi和Hi-C技术，首次完成70-15菌株44.82 Mb核基因组和35.95 kb线粒体基因组的端粒到端粒(T2T)组装，预测12,100个蛋白编码基因和493个效应因子，为病原体基因组学研究和抗病育种提供黄金标准参考。

　　

稻瘟病是全球水稻生产中最具毁灭性的真菌病害，每年造成10-30%的产量损失，足以养活6000万人。其病原体稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)自2005年首个真菌基因组MG8版本发布以来，虽已有350多个菌株基因组被测序，但作为核心参考的70-15菌株MG8版本因Sanger测序技术限制，仍存在157个缺口和大量未解析重复区域，严重制约了病原体进化机制和宿主互作研究。

为突破这一技术瓶颈，中国科学院遗传与发育生物学研究所的Hang-yuan Cheng、Li-ping Jiang等研究人员联合三亚崖州湾国家实验室，采用第三代测序技术PacBio HiFi（高保真长读长测序）结合染色质构象捕获(Hi-C)技术，对70-15菌株进行深度测序（HiFi覆盖度173×，Hi-C覆盖度186×）。通过Hicanu和Hifiasm双组装器优化，结合NextPolish多轮抛光，最终获得44.82 Mb的核基因组和35.95 kb的环状线粒体基因组，其中5条染色体实现端粒到端粒(T2T)完整组装，2条染色体解析单端端粒。新组装被命名为T2T 70-15，其重复序列占比达16.93%，显著高于MG8版本的11.78%，长末端重复(LTR)组装指数(LAI)提升至32.79（黄金标准为20），BUSCO完整性达97.6%。

关键技术包括：（1）PacBio HiFi长读长测序与Hi-C染色体构象捕获；（2）Hicanu/Hifiasm双组装器联合NextPolish纠错；（3）Merqury评估显示k-mer完整度99.6%；（4）效应因子预测采用SignalP v6.0、TMHMM v2.0和effectorP v3.0三重筛选。

主要研究结果：

1. 基因组组装质量：T2T 70-15相比MG8版本新增3.79 Mb序列，N50达6.85 Mb，错误率降低7倍至2×10^-6，Illumina短读长映射率提升至99.87%。
2. 重复序列解析：通过LTR_retriever鉴定到1,720个LTR反转录元件（MG8仅1,114个），其中Gypsy/DIRS1类占比6.82%，揭示转座子在基因组进化中的重要作用。
3. 基因注释升级：整合12个转录组数据预测12,100个蛋白编码基因，平均外显子长度574 bp；线粒体基因组注释显示14个核心基因和27个tRNA基因。
4. 效应因子库扩充：鉴定到493个高置信度效应因子（含分泌信号肽且无跨膜结构域），为宿主-病原体互作研究提供新靶点。
5. 结构变异验证：SyRI分析发现MG8版本中13/22的结构变异位于缺口附近，新组装纠正了这些潜在错误连接。

结论与意义：该研究建立的T2T 70-15基因组是首个稻瘟病菌黄金标准参考，其完整端粒和重复序列的解析为研究真菌染色体稳定性、效应因子进化及表观调控提供了全新视角。数据集已存入NCBI（PRJNA1210831）和国家基因组科学数据中心（PRJCA034974），将推动作物抗病育种和新型杀菌剂开发。研究团队特别指出，16.93%的重复序列占比和Gypsy/DIRS1元件的富集，暗示转座子驱动可能是稻瘟病菌快速适应宿主的关键机制，这一发现为理解植物病原真菌的基因组可塑性奠定了理论基础。