邓兴旺团队与中国农科院合作破译胡萝卜及其黑斑病致病菌链格孢霉T2T基因组揭示二者互作基因表达图谱

2024年10月7日，北京大学现代农业研究院邓兴旺院士团队与中国农业科学院合作在国际著名植物学期刊《The Plant Journal》在线发表题为“T2T genomes of carrot and Alternaria dauci and their utility for understanding host–pathogen interactions during carrot leaf blight disease”的研究论文，破译了胡萝卜及其黑斑病致病菌链格孢霉的端粒到端粒（Telomere-to-telomere，T2T）基因组序列，解析了胡萝卜叶片黑斑病发生历程中胡萝卜与链格孢霉之间相互作用的时序动态转录组图谱，整合构建了两个物种的基因组公共数据库（CDB，http://carrotdb.cn/），为胡萝卜抗病机制研究提供了重要基础。

胡萝卜（Daucus carota）是伞形科胡萝卜属草本植物，也是世界范围内最受欢迎的蔬菜作物之一，其肉质根富含多种营养成分，质脆味美，深受消费者喜爱。然而，栽培胡萝卜易受到各种生物或非生物胁迫的影响，其中，黑斑病是胡萝卜的一种主要病害，其致病菌（胡萝卜链格孢霉，Alternaria dauci）一旦侵染胡萝卜叶片可快速致病，严重时导致胡萝卜整株萎蔫死亡，是影响胡萝卜产量的重大威胁。分子育种是有效防治黑斑病的重要手段，而分子育种依赖于胡萝卜及其致病菌链格孢霉完整精确的基因组信息。尽管两个物种已有不同版本的基因组发表，但这些组装仍然高度碎片化且序列不完整，不利于胡萝卜和链格孢霉功能基因组的研究及对二者之间相互作用机制的探索。

本研究利用一个高度纯合的南特（Nantes）类型胡萝卜品种DH13M14，生成了138×覆盖度的PacBio-HiFi 测序数据、166×的ONT超长纳米孔测序数据和64× Illumina二代测序数据，以及111×染色质构象捕获测序（Hi-C）数据，首次实现了胡萝卜基因组全部9条染色体的T2T完整组装，最终的基因组大小为451.04 Mb，Contig N50为47.19 Mb，9条染色体的质量检验QV值在65.66-71.84之间，显著提升了胡萝卜参考基因组的组装质量。本研究进一步注释了胡萝卜基因组中的重复元件（占总基因组的53.56%），并结合从头预测、同源对比和全长转录组测序等预测了33207个高质量的蛋白质编码基因并进行了功能注释。同时，本研究基于460× PacBio HiFi测序数据、259× Illumina测序数据和262× Hi-C测序数据组装了胡萝卜链格孢霉株系A2016的T2T基因组，共组装得到10条染色体，基因组大小为34.91 Mb，Contig N50为3.44 Mb，预测注释了10026个蛋白质编码基因。此外，本研究进一步鉴定了胡萝卜基因组编码的283个LRR-RLK、10个LysM-RLK和202个NLR家族的抗病相关基因，以及链格孢霉的51个effector等致病相关基因，结合它们在黑斑病发生过程中的表达模式，鉴定到一系列潜在的具有重要抗病或致病功能的基因，为胡萝卜黑斑病发生和防治机制的深入解析奠定了基础。

基于两物种显著提升的参考基因组，本研究对胡萝卜接种链格孢霉A. dauci后0至48小时过程中植物和病原菌双方进行了时序转录组分析，揭示了胡萝卜与A. dauci相互作用过程中特异的基因表达重编程，鉴定了A. dauci的关键致病机制和胡萝卜响应A. dauci侵染的重要生物学通路的基因表达模式。