基因组挖掘揭示链格孢属及相关真菌类群中次级代谢产物生物合成基因簇的分布特征

本研究通过基因组挖掘技术，系统分析了链格孢属(Alternaria)及其近缘类群中次级代谢产物(SM)生物合成基因簇(BGCs)的分布模式。研究人员对187个基因组中的6,323个BGCs进行聚类分析，鉴定出548个基因簇家族(GCFs)，揭示了链格孢属不同分类单元间独特的代谢潜能差异，特别是发现交链孢霉毒素(AOH)相关BGCs仅分布于Alternaria和Porri组，为食品安全监测提供了重要靶点。该研究为真菌毒素风险评估、天然产物开发及病原菌防控策略制定奠定了理论基础。

　　

在真菌与植物的军备竞赛中，次级代谢产物(SM)是链格孢属(Alternaria)这类植物病原菌的重要"化学武器库"。这些非必需的小分子化合物不仅能帮助真菌对抗环境压力，还包含多种威胁食品安全的霉菌毒素，如具有遗传毒性的交链孢霉毒素(AOH)和宿主特异性毒素(HSTs)。然而，由于传统代谢产物筛选方法的局限性，人们对这类真菌的代谢潜能认知仍存在巨大空白——超过70种已知链格孢霉毒素中，绝大多数尚未匹配到对应的生物合成基因簇(BGCs)，而全基因组测序技术的普及为系统解析这一问题提供了契机。

加拿大农业与农业食品部渥太华研发中心的研究人员联合圭尔夫大学团队，开展了迄今为止规模最大的链格孢属基因组挖掘研究。他们整合123个链格孢属基因组（含37个新测序基因组）和64个近缘类群基因组，采用funannotate流程统一注释基因模型，通过antiSMASH鉴定BGCs，并运用BiG-SCAPE进行基因簇聚类分析，最终在《BMC Genomics》发表了这项揭示链格孢属BGC分布规律的重要成果。

关键技术方法包括：1) 对187个基因组进行标准化基因预测和注释；2) 使用antiSMASH v6.0鉴定6类BGCs（NRPS、PKS I/III、杂合PKS-NRPS、萜烯类等）；3) 通过BiG-SCAPE计算基因簇相似性并构建GCFs网络；4) 结合MIBiG数据库注释潜在代谢产物；5) 基于1,101个单拷贝直系同源基因构建系统发育树，分析BGC分布与分类学关联。

基因组规模与BGC多样性

研究检测到平均每个基因组含34个BGCs，链格孢属为29个。非链格孢属的Pleosporaceae真菌（如Pyrenophora）具有更多BGCs（平均42个），其中NRPS类在Pyrenophora中呈现显著扩增。通过聚类分析将6,323个BGCs划分为548个GCFs，54%为单基因组特有的"孤儿"基因簇，表明该类群存在大量未开发的代谢多样性。

分类特异的BGC分布模式

系统发育关联分析显示，Infectoriae和Pseudoalternaria组具有独特的GCF谱，9个组特异性GCF可作为潜在的分类标记。值得注意的是，RiPPs（核糖体合成翻译后修饰肽）类BGCs92.7%集中于链格孢属，展现明显的分类偏好性。

重要毒素的遗传基础

研究发现：1) AOH/AME合成基因簇（PKSI 5）仅存在于Alternaria和Porri组（97.7%和90%检出率），为食品安全监测划定重点对象；2) 亚洲梨致病菌A. gaisen携带AK-毒素基因簇（PKSI 35），支持现行植物检疫法规；3) ACT-毒素II（柑橘HST）与AK-毒素基因簇存在结构同源性，解释其交叉宿主毒性。

讨论与意义

该研究首次在基因组尺度揭示：1) 链格孢属BGC分布与系统发育高度一致，但HSTs等毒性相关基因簇呈现水平转移特征；2) 93.7%的链格孢属特异性GCFs具有更狭窄的分类单元限制性，其中Infectoriae/Pseudoalternaria组的独特性尤为突出；3) 尽管鉴定出28个GCFs与19种已知化合物关联，绝大多数（94.9%）GCFs仍未被表征，凸显次级代谢研究的广阔空间。这些发现不仅为真菌化学分类学提供新依据，更重要的是为制定针对性的农产品毒素监测方案（如重点关注Alternaria和Porri组）提供了分子靶点，同时为开发新型抗菌药物或农用活性化合物指明了资源富集区域。