薏苡黑粉菌基因组测序揭示其物种分类及适应性进化

作者：李祥栋^*; 郑传奇; 陆秀娟; 潘虹; 魏心元; 石明; 付瑜华; 陆平; 高爱农; 周美亮^*

来源：菌物学报, 2022, 41(12): 1960-1970.

DOI：10.13346/j.mycosystema.220079

• 黑粉菌
• 基因组
• 系统发育
• 薏苡

以薏苡黑粉菌病瘿为研究对象，采用固体和液体培养方法对薏苡黑粉菌进行分离纯化培养和形态观察；利用Illumina、Pacbio测序和Hi-C辅助基因组组装技术对黑粉菌进行测序、组装和注释，分析其基因组结构和组成特征。通过与其他6个黑粉菌物种基因组进行比较基因组学研究，分析薏苡黑粉菌的基因家族进化和系统发育关系。在pH 7的固体PDA和液体PDB培养基中实现了薏苡黑粉菌的纯化培养，固体培养菌落表现为白色、表面隆起、具褶皱，较湿润且不透明的形态特征。Illumina、Pacbio和Hi-C组装结果显示，薏苡黑粉菌具有20对染色体(2n=40)，基因组大小20.093 417 Mb,GC含量53.81%；共预测和注释到7 476个蛋白编码基因和164个非编码基因，占整个基因组长度的61. 02%和0. 285 3%；查找到3 674个散在重复序列和8 139个串联重复序列，分别占整个基因组长度的2.7544%和1.6054%。同源基因家族聚类显示，7个黑粉菌物种Ustilagocoicis、U. bromivora、U. maydis、U. hordei、Sporisoriumreilianum、S. scitamineum和S. graminicola的编码基因被聚类为6999个基因家族，其中共有基因家族5 379个。薏苡黑粉菌包含5 339个单拷贝基因、105个多拷贝基因、89个特异基因、752个其他基因和188个未分类基因。基因家族进化和系统发育聚类表明，薏苡黑粉菌U. coicis在～60.9MYA分化出来，与雀麦黑粉菌U. bromivova、大麦坚黑粉菌U. hordei聚为一支，表现为更近的亲缘关系；而玉米黑粉菌U. maydis在～66. 6 MYA分化出来与3个孢堆黑粉菌物种S. scitamineum、S. graminicola和S. reilianum聚为一支。

• 单位
  中国农业科学院作物科学研究所