基因组特征与生活方式演化：揭开镰刀菌类真菌的神秘面纱

为探究镰刀菌类真菌的演化及分类，研究人员测序 40 个菌株，发现其生活方式多样且基因组特征有差异，意义重大。

　　在真菌的奇妙世界里，镰刀菌类真菌（fusarioid fungi）宛如一群神秘的 “居民”。它们隶属于肉座菌科（Nectriaceae），这个家族可不简单，包含了腐生菌、内生菌，还有许多重要的病原菌，这些病原菌对商业活动有着重要影响，比如香蕉巴拿马病的 “元凶” 就是其中一员。

长久以来，镰刀菌类真菌的分类和演化一直是个令人头疼的谜题。在肉座菌科中，众多具有镰刀菌样无性形态的属，它们的生活方式五花八门，包括植物、人类和动物的病原菌或共生体、腐生菌、地衣寄生菌、内生菌以及嗜真菌类群。过去的研究大多聚焦于狭义的镰刀菌属（Fusarium sensu stricto），因为这个属包含了许多经济意义重大的物种。然而，其他镰刀菌类属的研究却相对不足，导致对它们的生态、演化等方面了解甚少。为了填补这些知识空白，来自多个研究机构的科研人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Mycological Progress》上。

为了深入了解镰刀菌类真菌的奥秘，研究人员从荷兰 Westerdijk 真菌生物多样性研究所（CBS）的菌种保藏中心选取了代表 23 个镰刀菌类属的 40 个菌株进行全基因组测序。这些菌株宛如一把把 “钥匙”，帮助研究人员打开真菌奥秘的大门。

研究人员运用了多种先进的技术方法。在基因组测序与组装方面，他们采用改良的 CTAB 法提取基因组 DNA，经 BGI 提供的配对末端测序（PE - 150）后，用 Trimmomatic v. 0.39 软件进行序列修剪，再利用 velvet v. 1.2.10 软件和三个不同的 hash/k - mer 值进行基因组组装，通过 BUSCO v. 4.1.2 软件评估基因组质量。在系统发育分析中，结合新组装的 40 个基因组和从 GenBank 及 JGI 下载的 236 个肉座菌科基因组，以 Sarocladium implicatum 为外群，选取 263 个非片段化基因进行分析，使用 MAFFT v. 7.490 软件进行序列比对，trimAl v. 1.4.rev15 软件修剪，最终用 RAxML v. 8.2.12 软件构建系统发育树。在基因组注释环节，运用 MAKER v. 3.01.03 软件进行注释，利用真菌 antiSMASH 在线工具研究代谢物生物合成基因簇，用 standalone tool run_dbcan v. 3.0.5 软件进行碳水化合物活性酶（CAZymes）注释，通过 SignalP6 v. 6.0 g 软件搜索信号蛋白（SP）包括小分泌蛋白（SSP）。

研究结果令人眼前一亮。在系统发育方面，构建的系统发育树与之前的多基因系统发育分析结果相似，将狭义的镰刀菌属与其他属区分开来，并且许多物种复合体得到了很好的支持。在基因组特性上，不同属的基因组大小、生物合成基因簇、CAZymes 以及分泌蛋白等存在显著差异。例如，Rectifusarium 属的生物合成基因簇数量最少，而 Calonectria 属和 Albonectria 与 Setofusarium 组成的类群则较为丰富；CAZymes 的数量在不同生活方式的属中也有所不同，从腐生属到植物致病 / 共生属呈上升趋势；分泌组（secretome）同样因生活方式而异，早期分化的谱系和腐生属的分泌组较小，而镰刀菌属的分泌组较大。在不同属的独特特征方面，大多数属都有独特的基因组特征组合。像镰刀菌属具有相对较少的生物合成基因簇，但分泌组较大，CAZymes 和小分泌蛋白丰富；而其姐妹属 Cyanonectria 则各方面都相对较少。此外，研究人员还重建了祖先生活方式，发现所有分类群的最后共同祖先生活方式并不明确，可能是植物病原体、植物共生体或嗜真菌体。早期分化的类群可能从嗜真菌祖先演化而来，而一些属的祖先生活方式也存在多种可能性，如 Bisifusarium 和 Rectifusarium 属的祖先可能是植物共生体、植物病原体或腐生菌。

在讨论部分，研究人员发现，本研究的系统发育结果与之前的研究相符，进一步证实了镰刀菌属与其他属的分化。关于生活方式，虽然存在不确定性，但推测镰刀菌类真菌的根源可能是腐生菌。许多镰刀菌属物种被认为是腐生菌，但基因组内容表明它们更可能是植物病原体。此外，内生生活方式似乎是从植物寄生演化而来，且在不同属中多次独立演化。基因组内容与生活方式相关，一些属的基因组特征暗示了隐藏的生活方式，如 Bisifusarium 属可能存在未被发现的致病生活方式。

这项研究意义非凡。它通过对镰刀菌类真菌广泛的基因组测序和分析，为其分类和演化提供了坚实的基因组学基础。有助于我们更深入地理解镰刀菌类真菌的生物学特性、生活方式的演化以及它们与宿主之间的相互作用。这不仅对真菌学领域的基础研究有着重要推动作用，也为农业、医学等相关领域应对镰刀菌类真菌引起的问题提供了理论依据，比如可以帮助农业工作者更好地预防和控制植物病害，为人类健康和农业生产保驾护航。