暗孢节菱孢菌AP-Z13全基因组测序与比较基因组学分析

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暗孢节菱孢菌[Arthrinium phaeospermum(corda)M.B.Ellis]是一种宿主多,分布广的世界性病原真菌,它既能引起植物致病,也能引起动物致病,因此,备受研究者关注。暗孢节菱孢菌AP-Z13引起的梢枯病造成撑×绿杂交竹在四川栽培区内大量枯死,造成巨大经济损失,极大地威胁着长江中上游地区开展的退耕还林工程和生态屏障工程的建设。本次研究采用高通量Illumina Hi Seq 4000系统与Pac Bio RSII克隆测序平台相结合进行AP-Z13菌株全基因测序,利用不同公共数据库及相关软件进行基因预测和蛋白基因功能注释。对暗孢节菱孢菌AP-Z13进行全基因组测序和比较基因组学分析,旨在从基因含量、基因功能注释、次级代谢产物、共线性、蛋白家族、特有基因、基因富集、单拷贝基因以及系统进化等层面对AP-Z13菌株进行全面的研究。主要取得如下研究成果:1、通过全基因组测序与生物信息学分析发现,暗孢节菱孢菌AP-Z13基因组大小为48,449,939bp,Gap(N)为0个,共19个scaffold,N90片段长度1,931,147bp,GC含量53.05%。预测到19,836个基因,总长度为28,733,037bp,占基因组全长的59.30%;468个分散重复序列,总长为39,268bp,占基因组全长的0.08%,11,027个串联重复序列;288个t RNA,54个r RNA。其中,有18,071、11,451、19,131、15,565、6,559、1,917、3,611、9,050个基因分别能够在NR、Swiss-Prot、KOG、KEGG、GO、CAZy、PHI、Pfam数据库提取到注释信息。另外,有1,721个分泌蛋白、66个次级代谢产物合成基因簇。基因组测序数据已提交至NCBI,获得原始数据登录号为SRR7881020,基因组序列信息登录号为QYRS00000000。2、通过全基因组比较基因组学分析发现,AP-Z13与FO-v2、Aci Ta_1、UCR-El、RN-2物种间存在较低的共线性关系;AP-Z13、FO-v2、UCR-El与RN-2物种间同源的基因29,549个,基因家族数为5,886个;AP-Z13菌株有9,686个特有表达基因和8,741基因家族。AP-Z13菌株中“代谢途径”富集特有基因最多,达697个,占总pathway注释差异表达基因(1311)的53.17%。AP-Z13菌株有2,513个特有基因显著富集到GO功能类别中,主要为生物过程分类中的“代谢过程”、“单细胞过程”、“细胞组分组织或合成”和分子功能分类中的“催化活性”与“结合”。通过单拷贝同源基因的进化比较分析,AP-Z13菌株与FO-v2菌株进化关系最近。通过Ka/Ks分析,AP-Z13菌株与FO-v2菌株中含3,560个单拷贝同源基因,其中有3,559个非同义突变,1,913个同义突变,另外,有2个基因受到强烈的正向选择,59个基因受到弱正向选择,331个基因受到负向选择的。通过简单重复序列(SSR)分析,AP-Z13菌株中SSR的单拷贝基因有425个,其中简单重复序列AGC/CTG与CCG/CGG频率最高。本研究是暗孢节菱孢菌第一次基因组规模组装和注释,也是Arthrinium的第一个测序物种。此次研究成果将为后续深入研究其致病机理、基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和RNA组学,提供可靠数据和理论依据,有助于进一步的深入研究。
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