王成树研究组PNAS分析7种真菌基因组信息

　　

　　11月3日，国际学术期刊PNAS 在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王成树研究组的研究论文：The trajectory and genomic determinants of fungal pathogen speciation and host adaptation。该研究揭示了寄主范围不同的昆虫病原真菌—绿僵菌的物种形成、进化路线及寄主专化性形成的遗传学基础。

　　自然界能够感染杀虫的真菌种类达1000多种，在不同昆虫种群的调控中发挥着重要的作用。其中，绿僵菌及白僵菌的一些种类被发展成为环境友好的真菌杀虫剂，在农林业害虫的持续控制中得到了良好的应用。

　　已经鉴定的绿僵菌种类达10多种，分别有感染单个目昆虫的高度专化菌、感染2-3个目昆虫的中间型种类，以及感染多个目、几百种昆虫的广谱菌。长期以来，关于不同绿僵菌如何识别不同昆虫种类、专性菌及广谱菌的进化方向及路线如何，以及不同绿僵菌种类适应不同寄主的基因组特征如何等均不清楚。

    在分析7种绿僵菌基因组信息的基础上，王成树研究组研究发现绿僵菌由专化性菌经过中间型过渡物种向广谱菌方向加速进化，并与昆虫寄主表现出协同进化的特征，期间伴随着基因扩张、蛋白家族扩张、基因组结构及生殖类型变化等，尤其是与昆虫寄主识别相关的GPCR受体蛋白家族在广谱菌中得到了显著扩张，从而能够识别及适应更多的寄主种类；广谱菌中与生物隔离相关的HET家族蛋白也表现出显著的基因扩张现象，从而加速了绿僵菌种化(speciation)的速率；研究同时表明绿僵菌的泛基因组是开放的，预示着仍会有新的物种形成；该研究还证明了过渡物种的存在，支持了物种进化的连续性学说。

　　这一研究成果为进一步开展真菌—昆虫相互识别与互作机理研究奠定了良好的基础。该项工作得到了中科院战略先导B项目及国家自然科学基金项目的资助。

 
原文摘要：

Trajectory and genomic determinants of fungal-pathogen speciation and host adaptation
Much remains unknown regarding speciation. Host–pathogen interactions are a major driving force for diversification, but the genomic basis for speciation and host shifting remains unclear. The fungal genus Metarhizium contains species ranging from specialists with very narrow host ranges to generalists that attack a wide range of insects. By genomic analyses of seven species, we demonstrated that generalists evolved from specialists via transitional species with intermediate host ranges and that this shift paralleled insect evolution. We found that specialization was associated with retention of sexuality and rapid evolution of existing protein sequences whereas generalization was associated with protein-family expansion, loss of genome-defense mechanisms, genome restructuring, horizontal gene transfer, and positive selection that accelerated after reinforcement of reproductive isolation. These results advance understanding of speciation and genomic signatures that underlie pathogen adaptation to hosts.