线虫与共生真菌的跨界互作：揭示Barnettozyma californica对Caenorhabditis elegans生长与行为的基因型依赖性调控

这篇研究揭示了线虫(C. elegans)与共生酵母(Barnettozyma californica)的复杂互作机制。通过基因组学和行为学实验，发现该真菌能定植线虫肠道，与大肠杆菌(OP50)共培养时表现出基因型依赖的促生长效应（如JU258种群增长达252%），同时调控线虫觅食行为。研究首次提供染色体级B. californica基因组（7条核染色体+线粒体基因组），鉴定新型端粒重复序列(GTGTGG)，为微生物组-宿主互作研究提供了新模式系统。

　　

1 引言

线虫(Caenorhabditis elegans)作为模式生物，其与细菌的互作已被广泛研究，但真菌微生物组的作用仍属未知。自然界中，线虫与包括Barnettozyma californica在内的多种真菌共存，后者在实验室堆肥中与线虫种群适应性提升显著相关。本研究通过分离自线虫微宇宙的B. californica菌株MYf642，系统解析了其与线虫的互作特征。

2 结果

2.1 真菌定植能力

荧光标记实验显示，B. californica MYf642可完整通过线虫口器，在肠道内形成稳定定植（平均细胞尺寸3.155×2.457 μm，显著大于大肠杆菌OP50的1.922×0.783 μm）。菌落计数证实其存活率比OP50高4倍（p=0.004），但共培养时定植量下降40%。

2.2 营养与生长调控

作为单一食物源时，B. californica仅支持5%的线虫种群增长（vs OP50），且无法支持L1幼虫发育至成虫。但与OP50共培养时，产生显著的基因型依赖性效应：JU258和EG4725品系种群增长分别提升152%和50%，而CB4856等品系则下降41%-81%。

2.3 行为调控

24小时草坪离开实验显示，所有品系在纯真菌培养基上逃离率增加（p<0.01），而混合培养时呈现品系分化：JU258停留率增加（对应其生长优势），CB4856逃离率升高（与生长抑制一致）。选择实验证实JU258对混合食物源的偏好性（p=0.018）。

2.4 基因组特征

PacBio HiFi组装获得12.1 Mb染色体级基因组（含7条核染色体+线粒体DNA），发现新型端粒重复序列5′-GTGTGG-3′。基因注释显示：

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  5893个编码基因（覆盖率70.5%）

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  78个效应蛋白（effector）

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  28个特有基因簇（GO富集显示与萜类代谢、肉碱转运相关）

  比较基因组揭示Barnettozyma属内低共线性，且缺乏已知硝化基因（amoA/nirK/nosZ）。

3 讨论

本研究首次揭示真菌作为线虫微生物组成员的生态功能：

1. 1.

   营养补充作用：真菌-细菌协同可能通过次级代谢物（如萜类）弥补纯细菌食物的营养缺陷，该效应受线虫基因型调控；

2. 2.

   行为调控机制：草坪离开行为与种群增长表型关联，提示线虫能感知食物质量并调整觅食策略；

3. 3.

   基因组进化：B. californica特有基因可能参与跨界互作，但其效应蛋白系统与已知内生真菌显著不同。

未来研究可结合CeMbio细菌群落，解析微生物组互作网络，并通过全基因组关联分析(GWAS)定位线虫的互作相关基因位点。