真菌病原体Aspergillus flavus种群结构与致病性关联的基因组学研究

本研究针对临床和农业重要病原真菌Aspergillus flavus，通过分析300株（117株临床和183株环境）分离株的基因组数据，揭示了其种群结构与致病性的潜在关联。研究人员鉴定出五个遗传种群，其中新发现的种群D显著富集临床分离株（>75%），并发现辅助基因（包括次级代谢产物合成基因簇）的分布具有种群特异性。该研究为理解该病原体的人类感染机制提供了新视角，相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

曲霉属真菌是威胁人类健康的重要机会性病原体，其中Aspergillus flavus（黄曲霉）因其既能导致侵袭性曲霉病（invasive aspergillosis）和角膜炎（keratitis），又能在农作物中产生强致癌物黄曲霉毒素（aflatoxin）而备受关注。尽管该菌的临床感染率仅次于烟曲霉（A. fumigatus），但其致病机制研究长期滞后。更令人困惑的是，不同地理区域中该菌引起的感染比例差异显著——在印度占侵袭性曲霉病例的40%，而在北美仅占10%。这种流行病学差异是否与菌株遗传背景相关？临床分离株是否存在特定的遗传特征？这些问题成为困扰医学真菌学领域的重要科学难题。

为解答这些问题，美国范德堡大学（Vanderbilt University）的研究团队联合德国、法国等9国科研机构，开展了迄今为止最大规模的A. flavus种群基因组学研究。通过对300株分离株（含82株新测序临床株）进行全基因组分析，研究人员不仅揭示了该物种的精细种群结构，更发现了临床分离株在特定遗传种群中的非随机分布规律。这项突破性成果于2025年8月发表在《Nature Communications》上，为理解该病原体的致病机制提供了全新视角。

研究主要采用四种关键技术：1）基于Illumina平台的全基因组测序与SNP（单核苷酸多态性）分型技术，分析281株非克隆分离株的遗传变异；2）判别分析主成分（DAPC）和群体遗传混合分析，鉴定遗传种群；3）泛基因组（pan-genome）分析方法，通过OrthoFinder对247个高质量基因组进行直系同源基因聚类；4）系统发育广义最小二乘法（PGLS）模型，评估临床关联性状的进化信号。临床样本来源于德、法等7国的医院培养物收藏，环境样本覆盖13个国家。

种群基因组学分析揭示五个遗传群体

通过1,941,481个双等位SNP的分析，研究首次在已知A、B、C和S型种群基础上，鉴定出新种群D。系统发育树显示这五个种群形成明显分支，其中种群D包含85%的临床分离株，而种群B几乎全为环境株（仅含3株临床株）。地理分布分析显示，临床株富集的A、C、D种群具有全球广泛性，而B和S型种群主要局限在美国。

泛基因组特征显示种群特异性适应

构建的17,676个直系同源群（orthogroup）显示泛基因组已闭合（α=1.000023），其中核心基因组占57.5%（10,161个）。值得注意的是，种群D在碳水化合物代谢、水解酶活性等相关基因上显著富集，而临床株稀少的种群B则缺乏锌离子结合基因。次级代谢分析发现，黄曲霉毒素生物合成基因簇（BGC）在种群D中普遍缺失，这与该毒素在37℃下活性降低的特性相符。

功能基因组学揭示潜在致病因子

PGLS分析鉴定出三个与临床来源显著相关的直系同源群（OG0000011等），其中OG0000011涉及酰基转移酶活性（GO:0016746）。种群D特有的BGC_44（非核糖体肽合成酶簇）在90%的S型和B种群中缺失，其功能可能与环境适应相关。

这项研究首次证实A. flavus的临床分离呈现种群特异性分布模式，这与主要病原体烟曲霉的随机分布形成鲜明对比。种群D的鉴定为开发针对性诊疗策略提供了分子靶点，其缺失黄曲霉毒素的特征提示人类感染可能依赖其他毒力因子。研究者建立的泛基因组资源将促进后续功能研究，而发现的种群特异性基因标记可用于临床株快速鉴定。该成果不仅推动了对真菌致病机制的理解，也为抗真菌药物开发和精准诊断奠定了理论基础。