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我校博士生陈美莲、钟振晖等在国际知名期刊Molecular Plant发表研究成果

  发布时间: 2017-08-28  信息员:   浏览次数: 322  


稻瘟病菌是世界危害最大的植物病原真菌之一,它引起的稻瘟病严重威胁着水稻等谷类作物的安全生产。基因组测序是解析稻瘟病菌的宿主跃迁和毒性变异机制的关键,陆续已经有近70个菌株基因组被测序,但这些基因组都是有大量空缺的草图,制约了稻瘟病菌比较基因组和功能基因组学的研究。8月22日,福建农林大学闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室王宗华研究组在国际知名期刊Molecular  Plant 在线发表了题为“PacBio Sequencing Reveals Transposable Element as a Key  Contributor to Genomic Plasticity and Virulence Variation in Magnaporthe  oryzae”的研究论文(Letter)。该论文利用PacBio单分子实时测序技术打造稻瘟病菌精细参考基因组,揭示了转座子是稻瘟菌基因组和毒力变异的关键因子,为稻瘟病防控和稻瘟病菌功能基因组研究提供了宝贵资源。



稻瘟病菌是一种半活体寄生丝状子囊真菌,它引起的稻瘟病每年导致水稻减产10%~30%,最近发现它还能侵染小麦,导致南美地区麦瘟大流行,并已扩散到南亚的孟加拉国等地,严重威胁世界粮食生产安全。稻瘟病菌以毒性变异迅速著称,为了解析它的致病机理和毒性变异机制,陆续已经在NCBI基因组数据库登录了66个菌株基因组。但是,目前的参考基因组混杂有草瘟背景,而其他二代测序基因组都是高度片段化的草图,且缺乏完整转座子等重复序列信息,不是理想的参考基因组。

为解决这个问题,该研究团队利用福建农林大学基因组中心PacBio单分子实时测序平台,完成了稻瘟病菌菌株FJ81278(来自福建)和Guy11(来自法属圭亚那)的基因组组装。PacBio测序显着提高了基因组质量,总基因组大小比参考基因组70-15增大了约10%,主要是重复序列,并填补了参考基因组约70%的空隙。与Illunima测序基因组相比,PacBio测序基因组的N50增加了约20倍,重叠群(Contig)数量减少了约95%。群体基因组分析显示分泌蛋白富集在谱系特异区(lineage-specific  regions)而不是菌株特异区(isolatespecific  regions),而谱系特异区富含重复序列,进一步全基因组水平关联分析显示转座子关联的分泌蛋白水平显著高于非分泌蛋白,其中Pot2是插入分泌蛋白附近频率最高的转座子而Pot3是分泌蛋白与非分泌蛋白差异显著的转座子。此外,染色体重组位点附近也是转座子富集区(图1)。因此,转座子是稻瘟菌基因组和毒性变异的主要驱动力。



图1. 稻瘟菌全基因组水平转座子与分泌蛋白分布和染色体重组关联分析。(A)染色体(B)  分泌蛋白分布。(C)基因分布。(D)转座子分布。(E)染色体间重组事件。(F)分泌蛋白富集在谱系特异区(lineage-specific  regions)而不是菌株特异区(isolatespecific  regions)。(G)转座子与分泌蛋白紧密关联。(H)全基因组联配。(I)转座子介导染色体重组事件举例。

据悉,该工作是由福建农林大学鲍坚东、陈美莲、钟振晖、汤蔚、林联宇、张兴坦、蒋昊朗、张德钰、苗晨勇、唐海宝、张积森、鲁国东、Ray  Ming、Justice  Norvienyeku、王宝华和王宗华多位研究人员参与合作研究的结果,其中共同一作是鲍坚东、陈美莲、钟振晖和汤蔚,共同通讯作者是王宗华、王宝华和Justice  Norvienyeku。该项研究得到了国家自然科学基金(U1305211,91231121和31301621),国家重点研发计划项目(2016YFD0300700)和福建农林大学校杰青项目(XJQ201511)的资助。福建农林大学基因组中心完成了测序工作,明瑞光教授及其团队多名成员参与了研究;闽江学院也参与了部分工作。


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