玉米大斑病菌中真菌病毒的多样性及水平基因转移研究揭示生物防治新策略

本研究针对玉米大斑病(Exserohilum turcicum)这一全球性玉米病害，通过高通量测序技术首次系统解析了病原真菌病毒组的多样性特征。研究人员在山西玉米产区60个菌株中发现27种真菌病毒（含13个新病毒），鉴定出具有双节段基因组的Mymonaviridae科新病毒EtMMV1，揭示Phytoreo_S7结构域在RNA病毒间的水平转移现象。通过病毒消除实验证实病毒组合显著影响宿主生长和致病性，为真菌病毒介导的病害生物防治提供了新思路。

　　

玉米作为全球三大粮食作物之一，其产量受到多种叶部病害的严重威胁。其中由Exserohilum turcicum引起的玉米大斑病(northern corn leaf blight)可造成10-30%的产量损失，严重时甚至导致70%以上的减产。传统防治主要依赖化学农药，但长期使用带来环境压力和病原菌抗药性问题。值得注意的是，某些真菌病毒(mycovirus)能诱导植物病原真菌的弱毒现象(hypovirulence)，这为开发环境友好的生物防治策略提供了可能。然而，由于技术限制，此前对E. turcicum中病毒多样性的认识主要基于dsRNA提取方法，严重低估了+ssRNA和-ssRNA病毒的存在。

为解决这一科学问题，山西农业大学的研究团队采用高通量测序技术，对来自山西玉米产区的60个E. turcicum菌株进行了系统的病毒组分析。研究首次全面揭示了该病原真菌携带的病毒多样性特征，发现具有双节段基因组的Mymonaviridae科新病毒，并揭示了病毒与宿主间复杂的互作关系。相关成果发表在《Phytopathology Research》上，为真菌病毒在玉米大斑病生物防治中的应用奠定了理论基础。

研究团队采用的主要技术方法包括：从山西4个地市的玉米病叶分离60个E. turcicum单孢菌株；通过纤维素柱层析提取dsRNA；建立混合样本的宏转录组测序文库进行Illumina测序；使用SPAdes软件进行序列组装和BLAST比对；通过末端克隆技术获得13个新病毒的完整基因组；对特殊菌株ZZ3进行单孢分离获得不同病毒组合的衍生菌株；采用孢子悬浮液接种法进行致病性测定。

【E. turcicum harbor diverse dsRNAs】
通过dsRNA提取和电泳分析，研究人员发现不同菌株携带大小各异（1.0-10.0 kb）的dsRNA片段组合，初步表明E. turcicum中存在丰富的病毒多样性。菌落形态观察显示部分菌株呈现典型的病毒诱导的衰弱表型。

【Metatranscriptomic identification of mycoviruses infecting E. turcicum】
宏转录组测序共鉴定出27种病毒，包括19种+ssRNA病毒、5种dsRNA病毒和3种-ssRNA病毒。其中13种为基因组完整的新病毒，分属于Partitiviridae、Polymycoviridae等10个病毒科。RT-PCR验证显示这些病毒在菌株中存在不同的组合模式。

【Identification of 14+ssRNA viruses related to the phylum Lenarviricota】
在+ssRNA病毒中，14种属于Lenarviricota门，包括6种narra-like病毒（EtSpV1、EtOrfV1等）、3种Botourmiaviridae科病毒（EtOLV1-3）和5种Mitoviridae科病毒（EtMV2-6）。其中EtSpV1具有三节段基因组，其RdRp的保守基序A/B和C分别由不同RNA片段编码，代表一类新型分裂掌状病毒(splipalmivirus)。

【Two novel tri-segmented-ssRNA viruses related to class Bunyaviricetes】
发现两种新型三节段-ssRNA病毒EtMBV1和EtMBV2，其L、M、S三个节段末端具有13-14个核苷酸的互补序列。系统发育分析表明它们属于Discoviridae科，是首例在E. turcicum中报道的负链RNA病毒。

【Horizontal gene transfer of the Phytoreo_S7 domain among diverse viruses】
在Mymonaviridae科双节段病毒EtMMV1的RNA1编码蛋白中发现Phytoreo_S7结构域，该结构域以往仅见于dsRNA病毒。进一步分析揭示该结构域广泛分布于+ssRNA、dsRNA和-ssRNA病毒中，并在多个真菌基因组中发现，表明存在病毒-宿主间的水平基因转移(HGT)事件。

【Viral infection significantly affects the colony morphology and pathogenicity of E. turcicum】
通过单孢分离获得携带不同病毒组合的ZZ3衍生菌株，发现ZZ3-11（含11种病毒）生长最慢且几乎完全丧失致病性，而ZZ3-16（病毒组合不同）生长最快且能形成典型病斑。接种实验显示两者病斑面积存在显著差异(p<0.001)，证实病毒组合可显著调控宿主表型。

本研究首次系统揭示了E. turcicum中高度多样化的病毒群落，发现27种病毒中有19种为在该宿主中首次报道。特别值得注意的是鉴定出具有双节段基因组的Mymonaviridae科新病毒EtMMV1，其RNA1编码的P2蛋白含有典型的Phytoreo_S7结构域，这一发现将以往认为仅存在于dsRNA病毒中的该结构域扩展至负链RNA病毒。通过构建系统发育树和序列比对，研究证实Phytoreo_S7结构域在病毒界广泛分布，并存在向真菌基因组的水平转移现象，为病毒与宿主协同进化提供了新证据。

在应用价值方面，研究通过病毒消除实验证实不同病毒组合可显著影响E. turcicum的生长速率和致病性。菌株ZZ3-11表现出的近乎完全丧失致病性的特征，为开发基于真菌病毒的玉米大斑病生物防治策略提供了潜在候选病毒。该研究不仅丰富了真菌病毒多样性认知，也为理解病毒-宿主互作机制和病毒介导的病害控制提供了重要理论基础。未来研究可进一步解析单个病毒的功能，探索病毒组合调控宿主致病性的分子机制，推动真菌病毒在农业可持续发展中的应用。