棉花枯萎病菌澳大利亚分离株的全基因组测序与效应蛋白谱解析揭示地理特异性致病机制

这篇研究通过PacBio长读长测序技术，首次报道了两个澳大利亚棉花枯萎病菌（Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum）分离株SG1（强致病）和BRF1（弱致病）的高质量基因组，结合比较基因组学和效应蛋白（SIX基因）分析，揭示了澳大利亚菌株独特的线粒体基因组变异（large variable region 1/2）、染色体结构差异（缺失核心染色体12）以及地理特异性效应蛋白谱（SIX6/11/13/14），为理解棉花枯萎病的区域性致病机制提供了关键分子基础。

　　

引言
棉花枯萎病由尖孢镰刀菌专化型（Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum, Fov）引起，1992年首次在澳大利亚昆士兰报道。研究表明，澳大利亚菌株独立进化形成第五遗传谱系，与南美洲Race 6菌株虽致病性相似但遗传背景迥异。此前全球已测序的Fov菌株（如中国Race 7菌株NRRL 25433）基因组未能覆盖澳大利亚特有谱系，且短读长测序数据缺乏完整注释。

材料与方法
研究选取强致病菌株Fov SG1（BRIP 76769）和弱致病菌株Fo BRF1（BRIP 76768），通过PacBio HiFi测序获得中位数>15 Kbp的读长。采用MitoHiFi组装线粒体基因组，hifiasm进行核基因组组装，BRAKER3结合RNA-seq数据预测基因结构。系统发育分析涵盖120个尖孢镰刀菌基因组，使用MAFFT和RAxML构建最大似然树。效应蛋白检测采用FoEC2流程，以番茄专化型Fol4287的SIX基因为参照。

结果与讨论
线粒体基因组
SG1线粒体基因组（48,054 bp）携带large variable region 1，与澳大利亚菌株24500高度相似；BRF1（51,696 bp）则含large variable region 2，含内切酶编码基因，与甘蓝专化型NRRL 54008同源。这种差异提示线粒体重组在无性繁殖菌群中的活跃性。

核基因组
SG1和BRF1分别组装出23条和24条端粒重复序列（5’-TAACCC-3’）的染色体级contig，N50达3.4-3.7 Mbp。比较基因组显示SG1缺失番茄专化型Fol4287的核心染色体12，印证该染色体的“快速核心”特性——虽保守但非生存必需。

系统发育
基于810个保守基因构建的系统树表明：SG1与澳大利亚棉花分离株聚集成独立分支，BRF1则位于香蕉致病菌（Foc TR4/STR4）邻近分支。全基因组SNP分析证实澳大利亚菌株与海外棉花病原菌存在显著遗传隔离。

效应蛋白谱
SG1携带SIX6（双拷贝）、SIX11（双拷贝）、SIX13和SIX14基因，均位于高重复序列contig上；BRF1则完全缺失SIX基因。澳大利亚棉花菌株共享独特的SIX谱（SIX6/11/13/14），明显不同于美国Race 1（含SIX8）或以色列Race 3（含SIX3）菌株。值得注意的是，SG1的强致病性与SIX基因簇存在强关联，而BRF1的弱致病性特征与非病原菌Fo47相似。

结论
该研究首次揭示澳大利亚棉花枯萎病菌的基因组特异性：线粒体结构多态性、染色体可塑性及独特的SIX效应蛋白库。SG1与BRF1的对比为解析致病性分化提供了理想模型，后续研究可聚焦SIX6/11在棉花维管束定殖中的分子功能。数据资源已提交GenBank（JBKAHI010000014.1等），为抗病育种提供靶点参考。