双核真菌小麦纹枯病菌首个T2T单倍型分型基因组组装揭示其致病机制

本研究针对小麦纹枯病重要病原菌Rhizoctonia cerealis缺乏高质量参考基因组的难题，通过整合PacBio HiFi、Oxford Nanopore和Hi-C技术，首次完成该双核真菌的端粒到端粒（T2T）单倍型分型基因组组装（大小分别为41.50 Mb和41.05 Mb）。研究预测到25,353个蛋白编码基因，鉴定出1,781个分泌蛋白和485个效应因子，发现81.3%基因为双等位基因。该成果为解析病原菌等位基因特异性表达、遗传变异及进化提供了关键资源，发表于《Scientific Data》。

　　

小麦纹枯病是威胁全球粮食安全的重大病害，其病原菌Rhizoctonia cerealis作为典型的双核真菌（dikaryotic fungus），每个菌丝细胞含有两个遗传背景不同的细胞核。这种独特的生物学特性使其致病机制研究长期面临技术瓶颈：传统基因组组装方法难以区分两个单倍型基因组，导致等位基因变异分析和效应因子鉴定存在盲区。更棘手的是，该病原菌在田间表现出极强的适应性，已在中国造成每年近800万公顷小麦减产，但现有抗病品种和杀菌剂防控效果有限。

为解决这一难题，西北农林科技大学植物保护学院联合江苏省农业科学院的研究团队，在《Scientific Data》发表了首个端粒到端粒（Telomere-to-Telomere, T2T）单倍型分型基因组。研究人员选取强致病力菌株R0301，采用多组学技术路线：通过21-mer分析估算基因组大小（40.66 Mb）和杂合度（1.31%）；利用PacBio HiFi（N50 19,881 bp）和Nanopore超长读长（N50 54,315 bp）进行初步组装；结合Hi-C数据（438.6×覆盖度）完成染色体级 scaffolding；最终使用HiFiasm2软件实现单倍型分型。

基因组组装质量验证
通过7项指标验证组装质量：Hi-C互作矩阵显示清晰的染色体边界

；BUSCO评估显示单倍型基因组完整性达98.9%；Merqury计算的共识质量值（QV）超过57；鉴定到50个端粒重复序列（CCCTAAA/TTTAGGG），其中19条染色体实现完全T2T组装

。

基因注释与功能分析
Funannotate流程预测到24,660个基因（25,353个转录本），平均基因密度为0.29个/kb。通过SignalP和EffectorP联合分析，鉴定出1,781个分泌蛋白（SPs）和485个效应因子候选基因。GO富集显示这些基因显著参与葡聚糖代谢（glucan metabolism）和细胞表面受体信号通路

。转座元件（TEs）注释发现LTR逆转录转座子占比达13.71%，可能驱动基因组快速进化。

单倍型变异特征
SyRI软件检测到两套单倍型间存在427,567个SNPs和22,409个indels，以及1,240个易位事件（累计6.77 Mb）。值得注意的是，10,582个基因（81.3%）表现为双等位基因，而1,732个基因仅在单倍型A中特异表达，可能与宿主适应性相关

。

该研究建立的T2T单倍型分型基因组填补了双核病原真菌研究的工具空白，首次揭示R. cerealis两套基因组间的结构变异全景。发现的效应因子库和等位基因差异表达模式，为开发基于病原菌弱毒株的生态防控策略提供了分子靶点。未来结合时空转录组数据，可进一步解析双核协同致病机制，这对小麦抗病育种具有重要指导价值。