基因组分析揭示中国苹果火疫病菌与吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦的病菌密切相关 —— 为火疫病防控提供关键线索

《Phytopathology Research》：Genome analysis reveals Erwinia amylovora in China is closely related to those of Kyrgyzstan and Kazakhstan

为解决火疫病在中国的爆发及传播机制不明的问题，研究人员开展了对中国、吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦的 19 株苹果火疫病菌（Erwinia amylovora）的比较基因组研究。结果发现病菌基因组高度相似，中国菌株与吉、哈两国菌株亲缘关系近。这为了解火疫病在中国的发生及防控提供了重要信息。

　　在植物的世界里，有一种可怕的 “杀手”—— 火疫病，它由革兰氏阴性菌苹果火疫病菌（Erwinia amylovora）引起，专门侵袭蔷薇科植物，像苹果、梨树这些常见的果树都是它的 “攻击目标” 。火疫病堪称果树的噩梦，患病的果树先是出现水渍状病斑，接着迅速枯萎坏死，远远看去，病枝就像被火烧过一样焦黑，严重影响果实产量和品质，给全球的苹果和梨产业带来了巨大的经济损失。

火疫病原产于北美，如今已 “跑” 到了 50 多个国家和地区。2016 年，它在中国新疆的梨树上首次现身，随后又扩散到甘肃，让中国的梨和苹果产业如临大敌。面对火疫病的肆虐，虽然中国一直实施严格的检疫措施，但它还是 “溜” 了进来，而且它在中国的起源和传播途径至今仍是个谜。为了揭开这个谜团，找到防控火疫病的有效办法，南京农业大学等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Phytopathology Research》上。

研究人员开展了一系列关键研究。在菌株选取方面，他们从中国新疆、甘肃，以及吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦的患病植物组织中，分离出 19 株苹果火疫病菌。在技术方法上，主要运用了全基因组测序、基因组注释和系统发育分析等技术。通过 Illumina HiSeq 4000 系统对菌株进行全基因组测序，再用 RAST 等软件预测蛋白编码基因序列、识别各类 RNA 并进行功能注释，最后基于基因组序列构建系统发育树。

研究人员对 19 株病菌的基因组特征进行分析。发现这些菌株的基因组大小、基因数量、GC 含量等都高度相似。其中，中国菌株平均预测蛋白编码数为 3866，吉尔吉斯斯坦菌株为 3839，哈萨克斯坦菌株为 4101。

系统发育分析是研究的重要部分。研究人员构建系统发育树发现，中国、哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦的菌株聚在一起，形成独立分支，说明它们起源于同一源头。进一步的共线性分析也证实，这些菌株在基因组水平上关系密切。

基因功能分析方面，研究人员利用 GO、KEGG 和 COG 数据库对基因功能进行注释。在 GO 注释中，基因主要分布在细胞部分、催化活性、细胞过程等类别；KEGG 注释显示，基因功能集中在膜运输、氨基酸代谢等方面；COG 注释表明，参与氨基酸运输和代谢的基因数量最多。

致病相关因子研究也是关键。在分泌系统中，19 株菌株都含有高度保守的 II 型分泌系统（T2SS）和重要的 III 型分泌系统（T3SS），且都对梨树叶和果实表现出致病性。在细胞壁降解酶方面，发现了多种相关酶基因，部分菌株还含有特定的阿拉伯聚糖内切酶基因。鞭毛合成和趋化基因分析显示，19 株菌株都有完整的鞭毛合成基因簇和多个趋化蛋白，这对病菌在植物上的定殖很重要。信号转导系统研究发现，病菌的双组份系统（TCS）和环二鸟苷酸（c-di-GMP）介导的信号通路都高度保守，在病菌响应环境信号和感染植物过程中发挥关键作用。

胞外多糖生物合成研究中，参与合成胞外多糖的基因在 19 株菌株中都很保守，这有助于病菌抵御外界不利环境、形成生物膜和致病。

铁摄取决定因素研究表明，病菌获取铁元素的相关基因，如铁摄取调节蛋白（Fur）和一些转运蛋白基因，在菌株中保守存在，对病菌生长至关重要。

次生代谢产物比较分析发现，19 株菌株基因组中预测出 12 个不同的非核糖体肽合成酶（NRPS）/ 聚酮合成酶（PKS）基因簇，部分基因簇与已知的次生代谢物基因簇相似，可能参与病菌的致病过程。

综合研究结果，研究人员推测火疫病菌起源于北美，先传播到欧洲，再从吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦传入中国，但这还需要进一步研究证实。这些研究成果为深入了解苹果火疫病菌与植物的互作机制、病菌的代谢途径和分子机制提供了重要线索，有助于制定更有效的火疫病防控策略，对保护中国的苹果和梨产业意义重大。同时，研究也指出，由于病菌基因组高度相似，未来还需要进一步研究其遗传多样性，以便更全面地掌握病菌的特性，为防控工作提供更坚实的理论基础。