软腐病致病菌pectobacteria是一种危害严重的植物病原菌,分布全球,寄主范围广。Pectobacterium aroidearum L6是从合果芋叶片中分离到的一种能引起合果芋软腐病的果胶溶解细菌。目前还缺乏对该菌基因组数据的研究。该研究展示了L6菌株的全基因组序列,L6由一条4,995,896 bp的染色体组成,G+C含量为53.10%,含有4306个预测的蛋白编码基因。该研究为更好地了解Pectobacterium aroidearum,特别是为发现潜在的致病因子和开发更有效的对抗该病原体的策略提供了信息。
研究背景
Pectobacteriaceae被认为是十大最重要的农业植物病原菌之一,它们会对各种大田作物、水果、观赏植物和蔬菜造成破坏性软腐病,包括主要粮食作物马铃薯。目前,没有任何方法和化学品可以有效地控制细菌性疾病或防止这些病原体的传播,从海南省感染软腐病合果芋样品中分离到一株细菌L6,经鉴定为P.aroidearum。P.aroidearum的全基因组数据是缺乏的,这严重阻碍了对细小杆菌的分类和致病机理的研究。
材料和方法
材料:菌株L6从中国海南大学植物苗圃的感染软腐病合果芋样品中分离得到
测序:使用PacBio RS II平台和Illumina HiSeq 4000平台测序
研究结果
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P . aroidearum L6基因组特征
使用PacBio RS II平台和Illumina HiSeq 4000平台对P. aroidearum L6基因组进行测序。对原始数据进行了过滤,生成了1274Mb的clean data。这些reads被组装成基因组。获得了4995,896bp的基因组,由一个没有质粒的环状染色体组成(图1)。基因组的平均G + C含量为53.10%。共有4306个推定的蛋白质编码序列,总长度为4,298,622 bp(占总基因组长度的86.04%)。
图1: Pectobacterium aroidearum L6基因组圈图
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P . aroidearum L6系统发育分析
根据16S rRNA的计算绘制的系统树表明,这两个种之间的亲缘关系很近。Aroidearum L6和PC1基因组(图2A)。
图2.P.Aroidearum L6和参考菌株系统进化分析。
(A)使用果胶杆菌属16S rRNA构建的系统发育树。(B)使用果胶杆菌属(Pectobacus spp.)基因组绘制的系统发育树。
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使用isDDH和ANI对果胶杆菌属进行分类
使用isDDH和ANI确定了果胶杆菌属(Pectobacterium spp)的种类。根据DDH和ANI值的比较,同一物种在isDDH中被设定为≥70%的同源性,在ANI中被设定为≥95%的同源性。isDDH和ANI值(图3)与它们的系统发育关系(图2)是一致的,同一系统发育支的成员也显示出较高的isDDH和ANI值。18株果胶杆菌的isDDH和ANI值范围分别为88~100和36~100。P. aroidearum和PC1在种水平上进行了分析,isDDH=83,ANI=98;(Carotovorum subsp.)。JR1.1和67不是同一种,isDDH=51,ANI=93,表明这两个菌株被误判。
图3.几种果胶杆菌的isDDH和ANI值分析。
上三角形(黄色部分)显示isDDH值(%),下三角形(绿色部分)显示ANI值(%)。isDDH≥为70%或ANI≥为95%的格子为红色。
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果胶杆菌与参考菌株的核心基因组分析
选择了18株果胶杆菌的基因组进行分析。所有细菌共有1944个基因。其中132个基因为L6所特有,100个为PC1所特有(图4B)。最终的核心基因有1632个基因家族。一个基因家族是L6独有的,一个基因家族是PC1独有的(图4D)。
图4.核心基因、非核心基因、同源基因、 P . aroidearum L6基因组和参考菌株基因组
(A)非核心基因热图。(B)泛基因维恩图,每个椭圆代表一个菌株,椭圆中的数字是簇号。一个簇的基因同源性>50%,长度多样性<0.3)。(C)同源基因数。(D)基因家族中同源基因的维恩图。
研究总结
果胶杆菌属的分类长期以来一直不清楚。果胶杆菌属(Pectobacterium spp)。具有高度的表型、遗传和致病性,特别是异质性,能在植物寄主中引起严重的软腐病,并且有广泛的寄主范围。研究结果表明,P. aroidearum L6合成和运输毒力因子。此外,182个基因涉及毒素、PCWDEs和分泌系统。本研究结果将为更好地了解P. aroidearum L6,发现潜在致病因子有助于预防该病的传播和暴发,并提供有效的生物防治措施。
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配图来源于网络/侵删
参考文献:
Xu P, Wang H, Qin C, et al. Analysis of the Taxonomy and Pathogenic Factors of Pectobacterium aroidearum L6 using Whole-genome Sequencing and Comparative Genomics[J]. Frontiers in Microbiology, 2021, 12: 1770.