七种Emergomyces模式菌株的长读长测序与比较基因组分析

《Mycopathologia》：Long-Read Sequencing and Comparative Genome Analyses of Seven Emergomyces Type-Strains

　　

Emergomyces（Ajellomycetaceae科，Onygenales目）是一个双相真菌病原体属，在世界范围内引起严重的条件性感染。研究人员使用长读长纳米孔测序（long-read nanopore sequencing）生成了从头基因组组装（de novo genome assemblies），并对Emergomyces africanus、Emergomyces canadensis、Emergomyces crescens、Emergomyces europaeus、Emergomyces orientalis、Emergomyces pasteurianus和Emergomyces soli的模式菌株进行了比较分析。平均Emergomyces基因组大小为32,965,087 bp（范围28,687,700–35,863,369 bp），GC含量（GC%）为42.01–45.72%。对七种模式菌株基因组与公开可用的Emergomyces和Blastomyces基因组进行了平均核苷酸相似性（Average Nucleotide Identity, ANI）分析，显示基因组间相似性为85–100%，在测试的十二个物种间为85–91%。此外，研究人员正式确认了Emergomyces crescens和Emergomyces soli的物种描述。

**论文解读：七种Emergomyces模式菌株的长读长测序与比较基因组分析**

**研究背景与问题**

Emergomyces属（Ajellomycetaceae科，Onygenales目）包含双相真菌病原体，主要感染免疫功能低下患者，在全球引起系统性感染。该属于2010年代建立，最初包括Emergomyces pasteurianus、Emergomyces orientalis和Emergomyces africanus，随后添加了Emergomyces canadensis和Emergomyces europaeus，以及基于遗传亲缘关系从Emmonsia属转移而来的非致病性物种Emergomyces soli和Emergomyces crescens。尽管地理分布广泛，但emergomycosis相对罕见，唯E. africanus在南非是临床常见的双相真菌病原体之一，在晚期HIV患者中引起严重播散性感染。随着分子诊断技术（如宏条形码和宏基因组学）在临床中的应用日益增加，对高质量参考基因组的需求变得迫切。然而，NCBI Genome上现有的Emergomyces基因组高度碎片化，缺乏完整性和连续性。因此，研究人员开展本研究，旨在为所有七种Emergomyces物种的模式菌株提供高质量参考基因组，并通过比较基因组分析明确物种间的遗传关系，同时正式验证两个先前无效命名的组合。

**研究方法概述**

研究人员从CBS培养物保藏中心（荷兰乌得勒支韦斯特代克真菌生物多样性研究所）获取七种Emergomyces模式菌株的冷冻干燥培养物。使用长读长纳米孔测序（ONT MinION平台）进行从头基因组组装，采用Flye v2.9.5软件和手动校正，并通过TeloVision v0.3.2检测端粒区域评估染色体完整性，compleasm v0.2.7评估基因组完整性（BUSCO分析）。基因预测使用Helixer v0.3.4在线工具，GC含量分析使用EZBioCloud在线工具，平均核苷酸相似性（ANI）计算采用pyani v0.2.13.1，比较范围包括公开可用的Emergomyces和Blastomyces基因组。

**研究结果**

1. **基因组组装与特征**：研究人员对七种模式菌株的基因组进行了从头组装。平均基因组大小为32,965,087 bp（范围从E. soli的28,687,700 bp到E. europaeus的35,863,369 bp）。E. africanus和E. pasteurianus各组装为9个片段，E. europaeus为10个片段，E. soli为12个片段，E. canadensis为13个片段，E. crescens为22个片段，E. orientalis为42个片段。与十年前的NCBI基因组（含数千个scaffolds）相比，本研究组装的基因组碎片化程度显著降低。通过TeloVision检测端粒区域发现，E. pasteurianus的8个核片段中有4个两端均含端粒，提示该菌株可能有6条染色体；其他物种仅有少数或没有端粒-端粒组装片段，预计所有Emergomyces物种均有5-7条染色体，与近缘属一致。BUSCO分析显示所有七个基因组高度完整（4862个BUSCO中检出4846-4857个）。基因预测数量范围为8390-10899个，其中E. orientalis最多。

2. **GC含量分析**：GC含量介于42.01%至45.72%之间，与先前其他Onygenales物种报道的GC%值接近。与早期DNA-DNA杂交实验测得的GC%值（46.1-47.3%）相比，本研究基于计算的方法更为准确，解释了先前方法的高估。

3. **平均核苷酸相似性（ANI）分析**：研究人员将七种模式菌株的基因组与NCBI Genomes上公开可用的Emergomyces和Blastomyces基因组进行ANI比较。结果显示：（1）相同菌株的不同基因组之间（如E. pasteurianus CBS 101426^T与UAMH 9510，E. africanus CBS 136260^T的两种组装，E. orientalis 5z489与CBS 124587^T）ANI值均为100%，尽管测序技术和组装方法不同；（2）不同菌株之间（如E. crescens CBS 177.60^T与UAMH 4076）ANI值为93%；（3）不同Emergomyces物种之间以及Emergomyces与Blastomyces物种之间，ANI值为85-89%，符合种间差异的预期范围。

4. **物种描述正式验证**：研究人员发现Jiang等人（2019）对E. crescens和E. soli的新组合描述并非有效发表。本研究借此机会正式验证了这两个名称：Emergomyces crescens (C.W. Emmons & Jellison) Y.P. Jiang & de Hoog, comb. nov.（Mycobank MB862275）和Emergomyces soli (Y.P. Jiang, Borman & de Hoog) Y.P. Jiang & de Hoog, comb. nov.（MycoBank MB862276），并提供了基原异名和同义名。

**讨论与结论**

研究人员通过长读长纳米孔测序成功获得了七种Emergomyces模式菌株的高质量基因组，显著优于早期短读长测序的高度碎片化组装。ANI分析揭示了种间和种内遗传相似性，支持了现有物种界定。端粒分析提示染色体数目与近缘属一致。重要的是，本研究正式验证了两个先前无效的物种组合名称，为分类学提供了法律和科学依据。这些基因组资源将促进Emergomyces属的分子诊断、系统发育和比较基因组学研究，尤其对临床宏条形码和宏基因组学应用具有重要价值。论文发表在《Mycopathologia》。