水稻稻瘟病菌宿主特异性谱系中次级代谢产物基因簇的进化与功能解析

为解决植物病原真菌宿主适应性机制这一关键科学问题，印度巴罗达大学与荷兰 Westerdijk 真菌多样性研究所的 Khyati Mehta 团队通过比较基因组学方法，系统研究了稻瘟病菌（Pyricularia oryzae）6个宿主特异性谱系中次级代谢产物生物合成基因簇（BGCs）的分布特征。研究发现Oryza谱系特异性基因簇BGC-O1编码的聚酮合酶（PKS）在侵染过程中特异性表达，揭示了宿主选择压力驱动代谢效应分子进化的新机制，为作物抗病育种提供了潜在靶点。

　　

稻瘟病被称为水稻的"癌症"，其病原菌Pyricularia oryzae（稻瘟病菌）通过不断进化效应分子突破植物抗性。尽管该病原菌能感染多种禾本科植物，但不同菌株表现出严格的宿主特异性，这种宿主适应性的分子机制尚不明确。特别值得注意的是，除已知的蛋白质效应分子外，真菌次级代谢产物（SMs）作为"化学武器"在宿主互作中的作用长期被忽视。

印度巴罗达大学 Bharat Chattoo 基因组研究中心与荷兰 Westerdijk 研究所的合作团队，通过对68株稻瘟病菌的比较基因组分析，揭示了次级代谢产物生物合成基因簇（BGCs）在宿主适应性中的关键作用。研究发现，水稻特异性谱系中独特的聚酮合酶基因簇BGC-O1可能编码新型代谢效应分子，相关成果发表在《Phytopathology Research》上。

研究采用Illumina测序获得15株印度田间分离菌株基因组，结合53株公共数据，利用antiSMASH预测了4224个BGCs。通过BiG-SCAPE构建基因簇家族（GCFs）相似性网络，结合选择压力分析和RT-PCR验证基因表达模式。重点解析了位于染色体亚端粒区的BGC-O1在稻瘟病菌与宿主协同进化中的功能。

基因组测序揭示宿主特异性谱系分化
基于2655个保守BUSCO基因构建的系统发育树确认稻瘟病菌存在Oryza、Setaria等6个宿主特异性谱系。印度分离株MOS1虽从水稻分离但遗传学归类为Eleusine谱系，暗示可能存在跨宿主适应性进化现象。

次级代谢基因簇的谱系特异性分布
相似性网络分析将4501个BGCs聚类为283个GCFs，其中BGC-O1和BGC-O2为Oryza谱系特有，BGC-TLE存在于Triticum等谱系。BGC-O1包含还原型PKS（MGG_08236）和4个修饰基因，其核心酶基因在侵染后期显著上调表达。

BGC-O1的进化起源与基因组定位
系统发育分析表明该基因簇可能起源于Pyricularia与草坪炭疽病菌Colletotrichum eremochloae的共同祖先。宏共线性分析显示BGC-O1位于染色体2亚端粒区，该区域在非Oryza谱系中发生大规模缺失，提示宿主选择压力维持了该不稳定区域的保守性。

自然选择驱动代谢基因进化
对40个核心SM基因的选择压力分析发现，Oryza谱系中MGG_09239等5个基因分别受到正向选择或平衡选择，这些基因可能参与与水稻的"军备竞赛"。

该研究首次系统揭示了次级代谢产物基因簇在稻瘟病菌宿主适应性中的重要作用。BGC-O1作为水稻特异性谱系的"分子签名"，其产物可能通过干扰水稻免疫促进致病。特别值得注意的是，该基因簇在侵染过程中的特异性表达模式及其亚端粒区的特殊定位，为理解真菌基因组可塑性与宿主适应性进化的关联提供了新视角。研究发现的选择信号基因为进一步解析稻瘟病菌与作物的协同进化机制指明了方向，为开发基于代谢干扰的新型病害防控策略奠定了理论基础。