尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）是一类可引起植物维管束萎蔫病的丝状真菌，在世界范围内给棉花、番茄、香蕉和西瓜等100多种作物造成严重的经济损失。此外，尖孢镰刀菌也产生多种真菌毒素例如镰刀菌酸，对植物和人类健康构成威胁。尖孢镰刀菌还可以直接侵染免疫力低的人群，致死率较高。因此，在近年抗真菌药物耐药性的全球危机下，该病原菌对人类公共卫生正造成重大威胁。尖孢镰刀菌F. oxysporum f. sp. conglutinans Fo5176（Fo5176）最初从十字花科芸薹属蔬菜甘蓝中分离而来，并对模式生物拟南芥具有致病性。因此，拟南芥和Fo5176组成的病害系统非常适合用于解析尖孢镰刀菌致病的分子机理。
尖孢镰刀菌的基因组具有区室性和动态性，包含保守的核心染色体和不同数量的附属染色体。附属染色体通常编码大量的致病性相关基因（效应因子等）并且可在菌株间水平转移，通常被认为是决定寄主专化性和致病性的关键基因组区域。但由于富集重复序列和各类转座子，尖孢镰刀菌基因组序列的准确和完整组装极具挑战性。迄今为止，国际上还没有致病尖孢镰刀菌完整无间隙基因组的报道。已发表的尖孢镰刀菌基因组序列仍然存在许多缺口和组装注释错误，并缺乏对端粒和着丝粒序列这些复杂基因组区域的鉴定分析，这些问题阻碍了对尖孢镰刀菌致病性机制的研究。一个T2T（端粒到端粒）无缺口参考基因组资源将为研究尖孢镰刀菌生长、发育、致病性和真菌毒素产生的分子和进化机制提供新的见解。
2024年8月27日，国际著名期刊Nature旗下子刊Scientific Data（5年影响因子8.9）在线发表了北京大学现代农业研究院和潍坊理工学院的合作研究成果，报道了Fo5176的T2T无缺口基因组序列，并预测了全基因组范围内的效应蛋白基因和次生代谢基因簇。该基因组是首个被报导的致病型尖孢镰刀菌的完整基因组组装。该研究基于高深度的PacBio HiFi（34X）, CLR（290X）和Hi-C数据，对 Fo5176进行了T2T 无缺口基因组组装。Fo5176 T2T基因组大小为69.56 Mb，包含18条完整的染色体（纠正了先前组装版本中的错误），包括所有着丝粒和大多数端粒序列（图1）。基因组注释了21460个蛋白质编码基因，与已发表最好的组装版本相比增加了26.3%。本研究进一步在Fo5176无间隙基因组中共预测了579个效应因子和58个次级代谢产物的基因簇，为未来鉴定Fo5176的新致病因子和阐明其分子机制提供了重要资源。综上所述，Fo5176完整参考基因组的破译为深入研究尖孢镰刀菌的生物学和毒性演化、园艺作物镰刀菌枯萎病的绿色高效防治提供了宝贵的资源。
图1. 尖孢镰刀菌Fo5176的T2T无缺口基因组。（A） 全基因组 Hi-C contact热图显示了18 条染色体之间的相互作用矩阵。（B） Fo5176 基因组特征，详细见原文。北京大学现代农业研究院的郭立研究员和潍坊理工学院现代农业与环境学院教师张立立为共同通讯作者，北京大学现代农业研究院的王欢助理研究员和中国科学院植物研究所的姚刚为并列第一作者。北京大学现代农业研究院陈为凯副研究员，Dilay Hazal Ayhan助理研究员，科研助理王祥锋、孙杰、易澍、陈绍英、孟点，耿鑫、孟坦参与了本项工作。该研究得到了山东省重点研发计划，山东省杰出青年基金和“泰山学者”计划的资助。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41597-024-03763-6
