综述:植物相关真菌基因组学研究进展与牧草作物研究亮点

【字体: 时间:2025年06月23日 来源:Plant Science 4.2

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  这篇综述系统梳理了植物相关真菌(包括病原菌、内生菌、菌根真菌等)基因组学研究进展,重点揭示了牧草作物相关真菌研究的不足(仅占测序基因组的3.5%)。文章通过分析1385个已测序真菌基因组数据,指出病原菌占比高达96%,并探讨了真菌功能群(如AMF、Epichlo?属内生菌)在作物抗逆性、病害防控中的作用机制(如SA/JA信号通路),为牧草作物真菌基因组学的后续研究提供了理论框架。

  

Abstract
植物相关真菌通过与植物建立共生(菌根)、拮抗(病原)或互惠(生物防治)等关系,深刻影响生态系统和农业生产。自2005年水稻稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)首个基因组测序完成以来,已有1385个植物相关真菌基因组被测序,其中病原菌占绝对优势(96%),而牧草作物相关菌株仅占3.5%,远低于粮食经济作物(67%)。小麦、水稻和苹果是研究最集中的宿主作物。

Introduction
真菌作为陆地生态系统关键组分,其功能群(内生菌、病原菌、腐生菌和菌根真菌)通过资源利用方式定义。植物病原菌每年造成全球14%的作物损失,例如禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)导致小麦赤霉病,而稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引发水稻减产。相比之下,内生菌如Epichlo?属能通过激活水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)防御通路增强宿主抗性,而丛枝菌根真菌(AMF)则通过分泌微生物相关分子模式(MAMPs)触发系统性免疫应答,提升植物抗旱性和养分吸收。

Progress on genome sequencing
基因组学技术发展推动了对Colletotrichum等属真菌致病相关基因(PAMPs)的解析。比较基因组分析揭示了病原菌侵染策略的多样性,例如小麦条锈菌(Puccinia striiformis)通过效应蛋白逃逸宿主免疫。然而,牧草作物相关真菌如豆科植物共生根瘤菌的基因组研究仍存在显著空白。

Research gaps
当前研究存在三大局限:1)样本偏差(96%集中于病原菌);2)牧草宿主研究不足;3)基因组特征(GC含量、染色体组装)解析不完善。未来需加强多组学整合,例如结合转录组分析Epichlo?内生菌生物碱合成通路。

Future pathways
建议优先开展:1)牧草真菌泛基因组研究;2)AMF-牧草互作分子机制;3)基于CRISPR的病原菌靶向防控。例如,通过编辑Fusarium毒素合成基因簇可降低牧草污染风险。

Concluding remarks
尽管植物真菌基因组研究已取得突破,但牧草相关研究仍滞后。完善基因组注释、开发跨物种比较分析工具,将是实现农业可持续发展的重要路径。

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