《Horticulture Advances》：From stone fruits to pome fruits: genomic analysis revealed the host adaptation and evolution of Monilinia spp.
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核果类和仁果类褐腐病的重要病原菌包括美澳型核果褐腐病菌（Monilinia fructicola）、云南褐腐病菌（M. yunnanensis）和李褐腐病菌（M. mumecola）。本研究对M. yunnanensis和M. mumecola进行了基因组测序
核果类和仁果类褐腐病的重要病原菌包括美澳型核果褐腐病菌（Monilinia fructicola）、云南褐腐病菌（M. yunnanensis）和李褐腐病菌（M. mumecola）。本研究对M. yunnanensis和M. mumecola进行了基因组测序和组装，并与另外四种Monilinia属物种进行了比较分析。研究结果揭示了宿主偏好与物种分化之间的关联，多个近期分化的Monilinia属物种更频繁地与仁果类寄主相关。对不同Monilinia属物种的比较基因组分析揭示了谱系相关的基因家族组成变化，包括推断的基因家族收缩以及一个推定聚酮合酶（polyketide synthase，PKS）基因簇的存在/缺失变异。编码碳水化合物活性酶（carbohydrate-active enzymes，CAZymes）和转运蛋白的基因在六个物种中相对保守，而编码分泌蛋白（secreted proteins，SPs）的基因则表现出更大的变异性，并具有相对较高的两两Ka/Ks值。在物种分化过程中，疏水表面结合蛋白A 1（MfHsbA1）在Monilinia属物种间表现出序列变异，功能实验表明这些变异是诱导坏死样症状的原因。总体而言，本研究为Monilinia属物种分化提供了比较基因组学见解，并鉴定了可能参与宿主偏好的候选基因组特征，从而有助于更好地理解这些具有破坏性的植物病原菌。
从核果到仁果：Monilinia属褐腐病菌的寄主适应与进化基因组学解读
一、研究背景与科学问题
核果类和仁果类水果（均属蔷薇科）的褐腐病是由Monilinia属病原真菌引起的重大植物病害，造成严重的经济损失。该属中至少有六个物种能够侵染核果类和仁果类果实，其中M. fructicola、M. laxa和M. fructigena是最常见的致病种。不同Monilinia物种表现出明显的寄主偏好：M. fructicola和M. laxa主要危害核果类（如桃、李），而M. fructigena、M. yunnanensis和M. polystroma则更多从仁果类（如苹果、梨）中分离获得。然而，此前仅有M. fructicola、M. laxa、M. fructigena和M. polystroma的基因组已被测序，M. yunnanensis和M. mumecola缺乏公开可用的基因组数据，这限制了对该属物种分化与寄主适应机制的全面理解。已有研究在基因家族扩张/收缩模式上存在分歧结论，物种分化过程中与寄主偏好相关的基因组特征仍不明确。因此，亟需补充关键物种的基因组资源，开展系统的比较基因组学分析，以阐明褐腐病菌物种形成与寄主适应的进化轨迹。
二、研究内容与主要结论
研究人员对中国的三个主要Monilinia物种（M. fructicola、M. mumecola和M. yunnanensis）进行了全基因组测序、组装和注释，并与另外三个Monilinia物种（M. laxa、M. fructigena、M. polystroma）及两个外群物种（Botrytis cinerea和Sclerotinia sclerotiorum）进行了系统的比较基因组分析。研究发现寄主偏好与物种分化时间存在关联：偏好核果类的三个物种分化较早，而偏好仁果类的三个物种分化较晚。基因组分析揭示了谱系相关的基因家族收缩、一个推定特异性活性次级代谢物（specific active secondary metabolite，SASM）聚酮合酶基因簇的存在/缺失变异，以及分泌蛋白编码基因中MfHsbA1的序列变异及其诱导坏死样症状的功能差异。这些发现为理解Monilinia属物种分化及寄主适应机制提供了重要基因组学见解，对褐腐病的防控具有潜在指导意义。
三、主要关键技术方法
研究人员采用Illumina HiSeq 4000平台对M. fructicola、M. mumecola和M. yunnanensis进行全基因组测序，使用Platanus-allee进行基因组组装，BUSCO评估完整性，AUGUSTUS进行基因预测。基于单拷贝直系同源基因构建系统发育树，利用PAML估算物种分化时间，CAFE分析基因家族扩张/收缩。以M. fructicola CPMC6为参考基因组，通过GATK、CNVnator和Breakdancer分别检测SNP/InDel、拷贝数变异和结构变异。CAZymes、转运蛋白和分泌蛋白分别通过dbCAN2数据库、转运蛋白分类数据库和SignalP/TMHMM等多步骤筛选流程进行注释。通过农杆菌介导的瞬时表达和酵母分泌陷阱实验验证候选蛋白功能。样本来源为实验室保存的M. fructicola（Bmpc7）、M. mumecola和M. yunnanensis分离株。
四、研究结果
基因组测序、组装与注释
三个物种的基因组组装大小分别为45.04 Mb（M. fructicola）、40.19 Mb（M. mumecola）和42.82 Mb（M. yunnanensis），BUSCO评估显示基因组完整性达97.8%–98.0%。重复序列含量分别为14.46%、7.86%和12.00%，其中M. yunnanensis含有较高比例的LINE和LTR逆转座子。基因预测分别获得9,936、9,817和9,667个基因。
新测序物种M. mumecola和M. yunnanensis的变异分析
以CPMC6为参考基因组，M. yunnanensis检测到更多的SNP和InDel。两物种的SV总数相近（476 vs. 496），但M. mumecola具有更多的易位、缺失和倒位。CNV分析发现M. yunnanensis缺失更多、重复更少。在M. yunnanensis中鉴定到一段约42.5 kb的缺失区域（RKRL01000007.1:1,185,000–1,227,501），该区域包含12个预测基因，在M. mumecola中保留但在M. yunnanensis中缺失。
褐腐病菌的地理分布与系统发育分化
M. fructicola和M. laxa广泛分布于北美、南美、欧洲和大洋洲，M. fructigena和M. polystroma主要在欧洲报道，M. yunnanensis仅在中国报道。系统发育分析显示Monilinia属物种形成四个分化阶段：M. fructicola约24百万年前（Mya）分化；M. mumecola和M. laxa在14–16 Mya分化；M. yunnanensis约9 Mya分化；M. polystroma和M. fructigena约3 Mya分化。CAFE分析显示Monilinia谱系中基因家族收缩多于扩张。寄主偏好与系统发育分化存在关联：偏好核果类的物种分化较早，偏好仁果类的物种分化较晚。
谱系相关的推定SASM基因簇存在/缺失变异
在M. yunnanensis缺失区域中鉴定到一个包含两个PKS基因和10个其他基因的聚酮合酶基因簇，命名为SASM基因簇。该基因簇仅在M. fructicola、M. mumecola和M. laxa中完整存在，在M. yunnanensis中仅保留截短的SASM_A基因，而在M. polystroma和M. fructigena中11个基因缺失且末端区域不再保守。感染转录组数据显示SASM基因簇基因在M. fructicola侵染桃果过程中共表达，提示其可能在侵染中发挥转录协调作用。
功能基因家族的定量组成
B. cinerea拥有比Monilinia物种更多的分泌蛋白、CAZymes和转运蛋白。Monilinia属内各物种的分泌蛋白数量存在差异（M. fructigena最低，M. mumecola最高），但三个功能基因家族在属内无明显数量差异。效应蛋白预测显示每个基因组含186–213个效应蛋白，以质外体类型为主。CAZymes数量（398–414）与S. sclerotiorum相当，转运蛋白数量（1,048–1,087）低于B. cinerea（1,209），主要包含MFS和ABC家族。已报道的B. cinerea毒力相关CAZyme基因直系同源拷贝高度保守，差异主要存在于旁系同源拷贝。
功能基因家族的同源性分析
CAZymes和转运蛋白中"所有物种存在"的直系同源群比例分别达85.2%和85.8%，高于全基因组水平（76.8%），表明这两个基因家族进化保守。而分泌蛋白中仅47.1%的直系同源群为"所有物种存在"，52.9%为"部分物种存在"，显示更大的进化灵活性。进一步追踪发现，许多表观缺失的分泌蛋白并非完全丢失，而是因信号肽或亚细胞定位相关的氨基酸多态性而失去分泌特征。Ka/Ks分析显示分泌蛋白总体上具有比CAZymes和转运蛋白更高的Ka/Ks值，表明其受到相对宽松的纯化选择或加速的氨基酸进化。其中MfHsbA1和MfHsbA2的Ka/Ks值最高，提示这两个含HsbA结构域的分泌蛋白经历了较强的序列多样化。
MfHsbA1的序列变异与坏死样症状诱导活性
M. fructicola中鉴定到5个含HsbA结构域的蛋白。瞬时表达实验表明仅MfHsbA1能在本氏烟中诱导坏死样症状，且去除信号肽后该活性丧失。酵母分泌陷阱实验证实MfHsbA1–3的信号肽具有分泌功能，而MfHsbA4的信号肽无分泌活性。序列分析发现M. polystroma和M. fructigena中MfHsbA1第一外显子第30位存在胞嘧啶缺失，导致移码突变并显著改变编码蛋白。
五、讨论与结论
研究人员首次报道了M. yunnanensis和M. mumecola的基因组，填补了该属关键物种的基因组资源空白。研究揭示了寄主偏好与物种分化时间的关联，但需注意当前寄主关联模式可能受地理采样偏差影响，未来需通过更广泛的采样和标准化接种实验来区分真正的寄主适应与采样/地理效应。蔷薇科中核果类祖先（约80–90 Mya分化）早于仁果类谱系（约40–50 Mya分化）出现，为褐腐病菌提供了更早的生态背景，这与偏好核果类的物种分化较早的观察一致。SASM基因簇的存在/缺失模式与物种系统发育关系一致，提示该基因簇可能在早期分化谱系中发挥功能而在后期分化谱系中丢失。分泌蛋白较高的Ka/Ks值及MfHsbA1的序列变异和功能差异，表明该蛋白是Monilinia属物种中潜在的寄主互作相关候选蛋白。本研究为Monilinia属物种分化提供了比较基因组学见解，鉴定了可能参与寄主偏好的候选基因组特征，为深入理解这些破坏性植物病原菌的进化机制和寄主适应策略奠定了重要基础。
