南京农业大学副校长团队在一区Top期刊(IF=15.6)发表研究成果,真菌界的“军火库”被破解

近日，南京农业大学植物保护学院王源超教授团队在国际顶尖期刊《Advanced Science》上取得重要突破，发表了一项关于拟茎点霉（Diaporthe，曾用名Phomopsis）基因组学的最新研究成果，题为“Telomere-to-telomere genomes reveal that multiscale evolution shapes the largest metabolic arsenal of Diaporthe fungi”。该研究以“端粒到端粒”（T2T）的全长基因组组装为基石，深入解析了这类重要植物病原菌的进化奥秘，揭示出其拥有真菌界中规模最庞大、多样性最丰富的次级代谢生物合成基因簇（SMBGC），堪称真菌界的“最大代谢武器库”。

拟茎点霉属包含多种严重危害农业生产的病原菌，其宿主范围涵盖大豆、葡萄、柑橘及向日葵等上百种植物。其中，由该属病菌引起的大豆拟茎点种腐病（又称茎枯病）不仅在全球范围内造成巨大的产量损失，也是我国大豆产业重点防控的对象。尽管学界早已知晓此类病菌能产生多样的次级代谢产物，但长期以来，这些代谢产物的具体规模、演化规律及其在致病过程中的确切功能一直是个谜团。

为了解开这一谜题，王源超团队聚焦于四种主要危害大豆的拟茎点霉（D. longicolla、D. unshiuensis、D. sojae和D. caulivora），成功获得了染色体水平的完整基因组序列。通过对这四种病菌以及另外34个种间基因组和51个种内菌株重测序数据的整合分析，研究人员惊讶地发现，次级代谢相关基因竟然是该属基因组中变异程度最高的部分。进一步的研究从染色体结构重排、基因簇内部重组到水平基因转移等多个维度，阐明了这一庞大“武器库”快速扩张的驱动机制：频繁的染色体重排和基因内部变异构成了内在动力，而水平基因转移则从外部不断引入新的代谢潜能，两者共同推动了SMBGC的爆发式增长。

更为关键的是，团队选取了五个快速进化的SMBGC进行功能验证，结果证实，一旦敲除这些基因簇中的核心基因，病菌的致病力便会显著下降。这一发现有力地证明了SMBGC的快速进化是拟茎点霉适应不同生态环境、实现毒力变异的重要分子基础。此项研究并非孤立存在，而是建立在团队前期扎实的工作之上，他们此前已明确了我国大豆拟茎点种腐病的病原种类组成，并建立了一套完善的致病机制研究技术体系。此次新成果的发表，进一步确认了庞大的次级代谢产物库是拟茎点霉的关键致病因子，这不仅深化了我们对植物病原菌致病机理的理解，也为未来挖掘新型防控靶点、开发绿色防控策略提供了坚实的理论支撑。

该论文由南京农业大学作为第一署名单位发表，植物保护学院在读博士研究生李凯楠和张晨担任共同第一作者，叶文武教授为通讯作者，王源超教授与严威副教授在研究过程中给予了关键指导。