真菌准完成圖—生物殺蟲劑之食線蟲真菌Drechmeria coniospora
全球植物寄生線蟲每年對作物損失高達1570億美元，由於環境安全問題，線蟲害蟲管理防治問題尚未完全解決，研究出高效且環保的殺線蟲劑替代品至關重要。生物防治劑中食肉真菌是解決該問題的主要方向。因此，理解控制線蟲食真菌與線蟲獵物之間相互作用的機制及其生物防治策略是作物保護的關鍵問題。
食線蟲真菌採用三種截然不同的掠食策略：線蟲誘捕、雌蟲和卵寄生和寄生蟲寄生。大多數食線蟲真菌是兼性寄生蟲，線蟲捕食作為基本腐生生物氮的補充和脂質的來源。食蟲真菌產生各種感染結構，並遵循三種主要策略來寄生並殺死它們的獵物。圓錐掘氏梅里霉(Drechmeria coniospora)是內寄生型食線蟲真菌的模式菌株，同時也是研究線蟲與真菌相互作用及線蟲免疫反應的模式生物。它感染各種線蟲，包括重要的植物病原體，如馬鈴薯腐爛線蟲(Ditylenchus destructor)和根結線蟲(Meloidogyne spp)。它幾乎完全依靠它的線蟲宿主來維持生存，與其他體內寄生蟲如H.minnesotensis相比，在普通實驗室很難生長和產孢，這阻礙了對我們對該生物的微生物和遺傳研究。
近年來，組學研究顯著提高了我們對宿主-微生物相互作用的理解，特別是在微生物難以在實驗室條件下生長的情況下。因此，分析了接近專性線蟲的完整基因組序列並將其與最近公布的兼性線蟲內寄生蟲H.minnesotensis的基因組序列進行比較。本研究結果揭示了近似專性寄生生物體對擬真孢子蟲的適應性，並強調了轉錄組在微生物生長周期中不同發育階段的動態適應性。
英文題目：Insights into Adaptations to a NearObligate Nematode Endoparasitic Lifestyle from the Finished Genome ofDrechmeria coniospora
影響因子：4.259
實驗設計與方法
1、真菌菌株和生長條件
本研究採用的試驗菌株為25℃條件下在肝/腎瓊脂平板上維持孢子生長8天的Drechmeria coniospora。分生孢子通過用無菌水或0.85％NaCl沖洗平板收集，保證其pH為7.0。在具有抗生素的液體SDYC培養基中25℃、180rpm振蕩4周。
2、基因組測序、組裝和光學圖譜
構建了兩個Illumina的基因組文庫（插入片段大小分別為0.5kb和3kb）和一個Roche 454的基因組文庫（8kb插入片段），進行雙端測序。運用了二代+三代(Pacbio)+光學（Irys）的測序手段。
3、轉錄組測序與分析
樣品取於在肝/腎培養基上生長4天的菌絲體、6天的共生體、8天的分生孢子和在感染後8天時活的線蟲C.elegans上生長D.sorti孢子。
D.coniospora
的感染周期
研究結果
1、完整的序列組裝揭示了染色體結構
使用Solexa，Roche 454和PacBio RS II平台上的全基因組鳥槍法組合，然後進行光學作圖，構建了32.5Mb完成的嗜線蟲內寄生真菌D.coniosporaARSEF 6962的基因組組裝。序列覆蓋率達到457.9倍，具有長連續性（N50：4.14 Mb），是公布的真菌基因組研究中最高的。光學映射將三個推斷的染色體內的所有重疊群錨定並定向，分別測量12.5Mb，10.2Mb和9.8Mb。這些推斷的染色體具有以高重複性含量，低基因密度和低GC含量為特徵的近中心區域著絲粒。染色體III還含有額外的，更短的和不太明確的著絲粒區域。推測這種雙著絲粒染色體是由染色體融合產生的，在細胞分裂過程中抑制了一個著絲粒的活性。
染色體融合也可能解釋了D.coniospora中推斷染色體數目異常低的現象。每個染色體的側面都是大的區域（每個大約0.5Mb），包含物種特異性重複，包括端粒區域。對這種重複序列進行測序被認為是極具挑戰性的，因此這些區域的成功映射反映了我們基因組組裝的高質量。染色體III還包括由串聯組成的> 500kb區域通過光學圖譜檢測重複rDNA基因簇（每個6-7kb）。在植物和酵母釀酒酵母的基因組中也發現了類似的組裝。
2、基因組動態
完整的D.coniospora基因組組裝完成後，重複序列含量為12.5％（4.11 Mb），其中74％特定於。逆轉座子富集在染色體的著絲粒和末端區域，而DNA轉座子沿著染色體散開。在H.minnesotensis中也觀察到類似的趨勢，儘管整體轉座子含量(基因組的32％)高得多。
完整的D.coniospora基因組顯示出有效的重複誘導點突變(RIP)系統的清晰證據。考慮到RIP信號與轉座子的頻繁共定位，RIP可能對限制D.subiospora中轉座子的活性是重要的。RIP只在有性繁殖期間運作；它與一種活躍的晚期性發育蛋白一起存在，表明可能存在隱孢子蟲的隱性周期。D.coniospora基因組也編碼一個保守的MAT1-1-1直向同源物，同時遺漏了一個MAT1-2自變數，暗示D.coniospora可能是異形。D.coniospora的基因組僅編碼三種異核體不相容蛋白，異核體不相容蛋白質是阻止遺傳上不同個體之間營養融合的障礙，另外，無性孢子的大量生產對於D.coniospora的致病周期是至關重要的。
D.coniospora
的基因組結構
3、轉錄
通過實時定量PCR（qRT-PCR）驗證用於選擇測試基因的RNA-seq中觀察到的基因表達趨勢，並使用轉錄組數據補充和策劃基因組中的基因預測。儘管宿主感染性生長和人工培養基上的腐生生長對於特殊孢子蟲生長方式很困難，但轉錄組數據仍然顯示出D.coniospora基因組的表達是高度動態的。大約9％的基因差異表達，基因涉及碳水化合物，脂質和氨基酸轉運、代謝，防禦機制，次生代謝和翻譯，核糖體結構和生物發生在不同生命階段表現出很大的可塑性。
推測的D.coniospora蛋白質組的比較
4、預測基因的系統進化和功能分析
本研究比較了預測的D. coniospora蛋白質組與23種代表各種生命策略的真菌，利用所有24種物種中的一對一直向同源物組成的285個用於系統發育的構建。系統發育樹的拓撲結構表明，三種主要的線蟲食性生活方式是多源性的。能夠感染線蟲並將它們用作營養源，可能在不同的真菌譜系中獨立並反覆地進化。
寄生生活方式的比較基因組學。我們比較了預測的D.coniospora蛋白質組與三個代表選定寄生生活的真菌。儘管它們的宿主非常不同，但該分析中包含的植物和昆蟲寄生物的感染周期大致與D.subiospora相當。與核心基因組外的昆蟲病原體共享的直向同源群的數量也高於代表性的線蟲食真菌。這表明D.coniospora從它的昆蟲病原祖先遺傳了它的感染器並調整這些機制以適應其新宿主。
適應減少的生活方式導致蛋白質組收縮。適應專性線蟲體內寄生生物生活方式將D.coniospora設置在進化軌跡上，利用各種基於植物的營養素的基因和廣泛環境條件下的生存基因（包括那些作為自由活的生物腐生物遇到的基因或作為植物病原體）可能不再有利。由此導致的這些基因的喪失進一步限制了真菌對生活方式的選擇，並增加了它對線蟲的生存依賴性，最終實現了限於線蟲宿主的基本專性內寄生生活方式。
D.coniospora
中的蛋白質家族收縮和擴張
5、適應線蟲體內寄生蟲的生活方式
本研究通過對D.coniospora中的應激和信息素感測和信號傳導途徑、小分泌蛋白、表面蛋白質、水解酶和次生代謝等方面對D.coniospora進行了全面的研究。為進一步了解體內寄生蟲得生活方式提供了理論依據。
D.coniospora
中的應激和信息素感測和信號傳導途徑
D. coniospora
peptaibiotic基因簇和drechmerins的生物合成途徑
結論
D.coniospora基因組通過揭示基因組適應內寄主，補充了對真菌線蟲的理解。高質量成品組裝了32.5Mb的基因組，只有三個推斷的染色體，其中至少一個是染色體融合的結果。並對與密切相關的昆蟲病原體T.inflatum進行了檢測。系統發育分析將D.coniospora分配給Ophiocordycipitaceae，並揭示這個譜系共有一個昆蟲致病祖先。D.coniospora基因組具有相對較高的重複含量，包括區域著絲粒，端粒，rDNA島和大量物種特異性重複區域。基因組由轉座因子和活性重複誘導點突變（RIP）基因組防禦系統模塑而成。雖然目前尚未鑒定D.subiospora，但是基因組證據表明存在與異源性菌絲體的神秘性周期。
與兼性線蟲內寄生蟲H.minnesotensis比較，揭示了D.coniospora對真菌線蟲的內寄生營養模式，這種真菌涉及基因組收縮並限制了新的基因發明。由於許多基因家族（包括細胞色素P450，水解酶和調節因子）的顯著減少，D.coniospora基因組僅具有8281個蛋白質編碼基因。雖然脅迫信號傳導途徑的中心元素在D.coniospora中保守性很好，但脅迫感測器和轉錄因子卻進行了特定類別的簡化。這些損失導致了這種有機體的腐生適應性的退化。
另一方面，病原體-宿主相互作用蛋白的直系同源物很容易在D.subiospora中被識別，並且該基因組還包含大量的小分泌蛋白，其中許多蛋白表現出物種特異性。而水解酶家族一般都在D.sortiospora中收縮，這些酶的一些亞家族卻經歷了擴展。這些酶可能參與宿主滲透，並與顯著擴大的轉運蛋白協同，可能有助於利用線蟲獵物作為營養源。D.coniospora通過產生六齒酸從其宿主身上獲取鐵載體，但也可以利用還原性鐵的同化作用。另外，還獲得了利用血紅素（但不是血紅素蛋白）的基因組證據。體內寄生蟲的次級代謝組也被簡化，但仍包括圍繞PKS，NRPS和NRPS-PKS基因組織的17個基因簇。其中一個簇負責drechmerins的生物合成，這是顯示抗生素，抗真菌和殺線蟲活性的新型peptaibiotics。轉錄組分析比較了孢子蟲的菌絲體，共生體，分生孢子和線蟲感染階段，為動態適應的轉錄組提供了支持，並突出了在這些不同生命階段中優先表達的基因。因此，我們的數據強調了Hypocrealean基因組的基本可塑性，其中D.coniospora消除了對腐生生活方式有利的基因，調節和調整其群體物種用於昆蟲病原的元素，並擴大了其線蟲內寄生生活所需的蛋白質家族。
以上就是生物殺蟲劑之食線蟲真菌，期待Drechmeria coniospora早早應用於生物農藥殺蟲劑的行列哦！！！
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參考文獻：
Zhang L, Zhou Z, Guo Q, et al. Insights into Adaptations to a Near-Obligate Nematode Endoparasitic Lifestyle from the Finished Genome of Drechmeria coniospora[J].Scientific Reports, 2016, 6:23122.
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