全黑杆菌全基因组测序及比较基因组学分析揭示黑胫病致病机制

《BMC Genomics》：Whole-genome sequencing and comparative genomic analysis of Plenodomus biglobosus

摘要背景由全黑杆菌（*Plectanodontus biglobosus*）引起的黑胫病对全球农业生产构成重大威胁。该病原体不仅降低芸薹属植物的产量和作物质量，还能交叉感染其他十字花科蔬菜。为了更好地理解其侵染机制和毒力策略，我们利用PacBio长读长测序技术，对从内蒙古呼伦贝尔油菜产区分离的*P. biglobosus* nm-1菌株进行了全基因组测序和组装。同时，我们还与三种相关的*Plectanodontus*物种进行了比较基因组分析：*P. lingam*（油菜茎基溃疡病的致病菌）、*P. lindquistii*（向日葵黑胫病）和*P. tracheiphilus*（柑橘枯萎病）。结果我们组装了*P. biglobosus* nm-1的基因组，总大小为33.18 Mb，包含35个支架和9,002个预测基因，GC含量为49.56%。功能基因组注释共鉴定出1,387个碳水化合物活性酶（CAZymes），其中包括526个糖苷水解酶（GHs），这些酶在纤维素降解中发挥关键作用。病原-宿主互作数据库（PHI）分析鉴定出多个与致病性相关的基因。四种相关植物病原菌的比较基因组分析共鉴定出18,933个基因家族，其中7,417个为所有物种共有。系统发育分析和基因组共线性分析证实，*P. biglobosus*与*P. lingam*亲缘关系最近。在碳水化合物活性酶方面，四种病原菌通过果胶降解与木质纤维素分解的协同作用突破植物机械屏障。在转运蛋白方面，*P. tracheiphilus*的DHA1转运蛋白数量最多，而*P. lindquistii*含有大量的DHA2转运蛋白。在*P. biglobosus*中，核心次级代谢基因编码克拉维酸和胆碱等产物，可能有助于宿主侵染。相反，在*P. lingam*和*P. lindquistii*中，基因编码丙烯酰胺毒素。这些毒力相关代谢物可能是*Plectanodontus*物种宿主特异性的原因之一。结论利用全基因组鸟枪法测序，我们对*P. biglobosus*基因组进行了全面分析，并鉴定出多个可能参与致病性的候选基因。通过比较基因组学，我们进一步研究了四种病原菌中的关键毒力因子和效应子。这些组分在病原-宿主植物互作中发挥重要作用。我们的研究结果揭示了黑胫病病原菌的侵染策略和致病机制，提供了有价值的见解。