双极孢菌（Bipolaris maydis）引起玉米叶枯病的基因组序列为研究其基因组结构及潜在效应因子库提供了重要线索

《Physiotherapy》：Genome sequence of Bipolaris maydis inciting maydis leaf blight provides insights into genome architecture and putative effector repertoire

玉米叶枯病病原菌Bipolaris maydis印度分离株BM_MG1基因组测序及功能分析，揭示其基因组结构（36.05 Mb，56条contig，GC含量49.21%）及9,013个基因功能，鉴定7,534个SSRs和136个效应蛋白，证实GH128家族基因在致病中的关键作用，为抗病育种提供新靶点。

　　本研究聚焦于一种对玉米生产构成重大威胁的病原菌——Bipolaris maydis，其引起的“玉米叶斑病”（Maydis leaf blight, MLB）在全球范围内对玉米产量造成了显著影响。特别是对于印度这样的主要玉米生产国，该病害在多个地区广泛传播，成为制约玉米产量和质量的关键因素之一。为了更深入地理解该病原菌的基因组结构以及其在病害发生过程中的分子机制，研究团队对从印度玉米田中分离得到的B. maydis菌株BM_MG1进行了高质量的基因组测序与组装。这项研究不仅为揭示该病原菌的致病特性提供了基础，也为未来开发更有效的病害防控策略奠定了基础。

Bipolaris maydis是一种典型的腐生性真菌，它能够感染玉米叶片并导致病斑形成。这些病斑通常呈小而规则的菱形，边缘呈深褐色，严重影响了叶片的光合作用能力，从而降低了玉米的整体产量。历史上，B. maydis曾在美国引发过一次严重的玉米叶斑病大流行，尤其是在1970年代，当时携带“德克萨斯雄性不育细胞质”（T-cms）的玉米杂交种因该病害而遭受了巨大的经济损失。这表明，B. maydis不仅具有强大的致病能力，还能够通过其产生的毒素影响宿主细胞的功能，进而影响植物的生长和发育。

在印度，B. maydis的分布范围广泛，已报告在多个玉米种植区如贾姆穆-克什米尔、喜马偕尔邦、锡金、梅加拉亚邦、旁遮普邦、哈里亚纳邦、拉贾斯坦邦、德里、北方邦、比哈尔邦、中央邦、古吉拉特邦、马哈拉施特拉邦、安得拉邦、卡纳塔克邦和泰米尔纳德邦等地均有发生。其中，B. maydis的O型菌株目前在印度最为常见，能够导致高达40%的产量损失。值得注意的是，病害的发生时间与环境条件密切相关，尤其是在玉米抽穗阶段之前感染时，病害的严重程度会显著增加。因此，了解该病原菌的基因组信息对于预测其在不同环境条件下的传播趋势和病害发生规律具有重要意义。

为了获得B. maydis菌株BM_MG1的完整基因组信息，研究团队采用了Illumina和Oxford Nanopore两种高通量测序技术进行混合测序。这种结合了短读长测序与长读长测序的方法，不仅提高了基因组组装的连续性和准确性，还使得研究人员能够更全面地解析该病原菌的基因组结构。最终的基因组组装结果表明，该菌株的基因组大小为36.056兆碱基（Mb），GC含量为49.21%。整个基因组被组装为56条连续片段（contigs），其中最大的连续片段（N50）达到了2,100,550碱基对（bp）。这一成果标志着印度本土B. maydis菌株的基因组研究迈出了重要的一步，填补了该病原菌在印度地区基因组信息的空白。

基因组的预测与功能注释是本研究的重要组成部分。通过基因预测分析，研究人员共识别出9,013个基因，其中8,866个基因通过BLASTX比对分析获得了显著的注释信息，这些基因的功能主要涉及代谢、信号传导、蛋白质合成以及与宿主互作等关键生物学过程。此外，研究还发现，该菌株中存在大量转座子（transposable elements），其中Gypsy类转座子的数量最多。转座子在基因组进化和功能调控中扮演着重要角色，它们可能通过插入、删除或重组等方式影响病原菌的基因表达和适应性。

简单重复序列（simple sequence repeats, SSRs）的识别也是本研究的一个重点。研究人员在基因组中发现了7,534个SSR，其中单核苷酸重复（mononucleotide SSRs）最为丰富，共有3,434个。SSR在真菌基因组中具有重要的生物学意义，它们不仅可能影响基因的表达调控，还可能在种群遗传多样性、基因组进化以及病原菌的适应性方面发挥关键作用。这些重复序列的存在为后续研究提供了潜在的分子标记，有助于追踪病原菌的遗传变异和进化过程。

在病原菌的分泌蛋白研究方面，研究团队识别出了510个分泌蛋白，其中136个被预测为可能的分泌效应蛋白（candidate secreted effector proteins, CSEPs）。这些效应蛋白在病原菌与宿主的相互作用中起着至关重要的作用，它们能够被病原菌分泌到宿主细胞中，干扰宿主的免疫反应或代谢过程，从而促进病原菌的侵染和生长。其中，一些效应蛋白属于特定的结构域家族，如“果胶裂解酶折叠/毒力因子”、“α/β水解酶折叠”以及“Concanavalin A样凝集素/葡聚糖酶结构域超家族”等。这些结构域的特征表明，这些效应蛋白可能在病原菌的致病过程中发挥了多种功能，包括破坏宿主细胞壁、干扰宿主的防御机制或促进病原菌的营养吸收。

值得注意的是，研究还发现，B. maydis菌株BM_MG1中某些特定的糖苷水解酶家族128蛋白（glycoside hydrolase family 128）在易感玉米品种中表现出显著的上调表达。这表明该蛋白可能在病原菌的致病过程中起到了关键作用，尤其是在破坏宿主细胞结构或调控宿主免疫反应方面。糖苷水解酶在真菌中广泛存在，它们能够分解植物细胞壁中的多糖成分，从而为病原菌的侵染和营养获取提供条件。这一发现为未来研究该病原菌的致病机制提供了新的方向，并可能有助于开发针对该蛋白的抗病策略。

本研究的另一个重要方面是基因组与分泌组的综合分析。通过对B. maydis基因组的深入解析，研究人员不仅能够识别与致病性相关的基因家族，还能够预测潜在的效应蛋白候选者。这些效应蛋白可能通过不同的机制影响宿主的生理状态，从而增强病原菌的致病能力。此外，通过将B. maydis的基因组信息与相关植物病原真菌进行比较分析，研究人员能够更全面地理解该病原菌在病害发生过程中的独特性，以及其与其他病原菌之间的进化关系。这种比较基因组学的方法有助于揭示病原菌的适应性特征，从而为病害防控策略的制定提供理论依据。

本研究的成果不仅为B. maydis的基因组研究提供了重要的数据支持，也为未来玉米病害的分子机制研究和防控策略的开发奠定了基础。通过对该病原菌的基因组结构、功能注释以及分泌蛋白的系统分析，研究人员能够更深入地理解其致病过程，并探索可能的干预靶点。例如，针对那些在易感玉米品种中表达显著上调的效应蛋白，可以开发特异性抑制剂或基因编辑工具，以阻断病原菌的侵染过程。此外，基于基因组信息的抗病品种选育工作也具有广阔的前景，通过基因组筛选和功能验证，可以找到与抗病性相关的基因位点，并利用分子标记辅助育种技术培育出具有更强抗病能力的玉米品种。

在实际应用层面，本研究的数据可以为农业管理部门和科研机构提供宝贵的参考。例如，结合基因组信息和环境条件，可以预测病原菌的传播路径和高风险区域，从而制定更为精准的病害防控措施。此外，通过分析病原菌的基因组变异，可以进一步了解其在不同环境下的适应性变化，为抗病品种的持续选育提供支持。同时，该研究也为生物防治和化学防治提供了新的思路，例如，利用基因组信息开发新型的生物防治菌株或优化现有的化学杀菌剂配方。

在数据共享方面，本研究的基因组数据已被提交至DDBJ/ENA/GenBank数据库，并获得了唯一的访问编号JAMFQD000000000。这一数据的公开不仅有助于其他研究人员进一步验证和扩展本研究的发现，也为全球范围内对B. maydis病原菌的研究提供了重要的资源。未来，研究人员可以利用这些数据进行更深入的基因组分析，包括基因功能验证、蛋白质相互作用研究以及病原菌与宿主的互作机制探讨。

综上所述，本研究通过对B. maydis菌株BM_MG1的基因组测序与组装，不仅揭示了该病原菌的基因组结构和功能特征，还为理解其致病机制提供了新的视角。研究结果表明，B. maydis的基因组中存在大量与致病性相关的基因和效应蛋白，这些分子可能在病原菌的侵染过程中发挥了关键作用。通过进一步研究这些基因和效应蛋白的功能，可以为玉米叶斑病的防控策略提供新的理论依据和技术手段。此外，本研究的数据也为未来在印度地区开展相关病原菌的基因组研究提供了基础，有助于推动玉米病害的综合管理。随着基因组数据的不断积累和分析技术的进步，我们有理由相信，对B. maydis的深入研究将为提高玉米产量和质量、保障粮食安全做出更大的贡献。