甘薯腐烂茎线虫染色体水平基因组组装：解锁致病机制，探寻防控新径

甘薯腐烂茎线虫（Ditylenchus destructor）严重威胁全球农作物安全，现有防治手段有限。研究人员通过多技术结合构建其染色体水平基因组。结果显示基因组质量高，含大量注释基因。这为解析其致病机制、开发防控策略提供关键依据。

　　

在农业生产的大舞台上，甘薯腐烂茎线虫（Ditylenchus destructor）就像一个隐藏在暗处的 “破坏者”，给全球农作物带来了极大的威胁。这种线虫是一种严重的植物寄生性病原体，能感染超过 120 种植物，在甘薯和马铃薯的种植中，它更是成为了阻碍产量和品质提升的 “拦路虎”。它主要分布在温带地区，被 53 个国家列为受管制的害虫。更让人头疼的是，它不仅能在植物间肆虐，还能在约 70 种真菌上取食和繁殖，像 Alternaria、Botrytis、Fusarium 和 Penicillium 等属的真菌都能成为它的 “栖息地”。

然而，面对这个 “顽固” 的敌人，目前有效的控制措施却十分有限。不同作物在田间受到的感染程度差异很大，其持久性、感染率和危害程度的变化难以捉摸，这使得传统的防治方法难以奏效。为了打破这一困境，深入了解甘薯腐烂茎线虫的致病机制迫在眉睫，而高质量的参考基因组就像是一把 “钥匙”，有望解锁其中的奥秘。

在此背景下，来自陕西植物线虫学重点实验室、陕西省榆林市农业科学院以及中国农业科学院植物保护研究所的研究人员联合开展了一项极具意义的研究。他们致力于构建甘薯腐烂茎线虫的染色体水平参考基因组，为后续研究奠定基础。经过不懈努力，研究取得了丰硕的成果，相关论文发表在了《Scientific Data》上。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术。首先，利用 Illumina 短读长测序、PacBio 长读长测序和 Hi-C 映射技术，获取了大量的基因组数据。之后，通过一系列生物信息学分析方法，如使用 fastp 进行数据质量过滤，kmc 进行 k-mer 分析估算基因组大小和杂合度，NextDenovo 和 Nextpolish 进行基因组组装和校正等，逐步构建出高质量的基因组。

下面来详细看看研究结果。

1. 基因组组装：研究人员成功构建出了甘薯腐烂茎线虫的染色体水平参考基因组，其总大小为 133.86 Mb，其中 129.51 Mb（96.74%）的序列被锚定到 4 条假染色体上，scaffold N50 达到 32.25 Mb 。这一结果相比之前 2016 年公布的仅为支架水平的基因组，在质量上有了显著提升，为后续更精确的研究提供了有力支撑。
2. 重复序列与基因注释：该基因组中重复序列占比 28.14% 。研究人员通过同源比对和从头预测相结合的方法，对重复序列进行了全面注释。在蛋白质编码基因方面，共鉴定出 19,165 个，其中 18,444 个（96.24%）进行了功能注释。这些注释信息为理解线虫的生物学功能和致病机制提供了丰富的线索。
3. 非编码 RNA 注释：研究还对非编码 RNA 进行了预测和注释，发现了 tRNA、rRNA、miRNA 和 snRNA 等多种类型的非编码 RNA，数量从 27 到 421 不等。这些非编码 RNA 在调控基因表达等生物学过程中可能发挥着重要作用。
4. 基因组质量评估：为了确保基因组的准确性和完整性，研究人员采用了多种评估方法。通过 CEGMA 分析，检测到 248 个核心真核基因（CEGs）中的 242 个，完整性率达到 97.58% ；利用 BUSCO 评估，组装完整性为 73.8%，显著高于其他已报道的植物寄生线虫基因组；将二代基因组数据比对到基因组上，一致性比对率为 93.41%，覆盖度为 97.54%（深度 5x），单核苷酸准确性达到 99.998579% ；使用 Merqury 评估，基因组的 QV 值为 39.89，全基因组错误率仅为 0.000102616 。这些数据充分表明，此次组装的基因组具有高质量，为后续研究提供了可靠的基础。

综合来看，这项研究成果意义重大。高质量的染色体水平基因组为深入探究甘薯腐烂茎线虫的致病机制提供了关键的基因组资源。通过对基因组的分析，研究人员可以进一步挖掘与致病相关的基因和通路，为开发更有效的防治策略提供理论依据。例如，可以针对特定的致病基因设计靶向药物或生物防治方法，有望从根本上解决甘薯腐烂茎线虫对农作物的危害问题，保障全球粮食安全。同时，该研究也为其他植物寄生线虫的研究提供了借鉴和参考，推动了植物寄生线虫领域的发展。未来，随着对该基因组的深入研究，我们有理由相信，将会有更多针对甘薯腐烂茎线虫的创新性防治方法问世，为农业生产保驾护航。