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由小麦隐匿柄锈菌(Puccinia triticina Eriks,Pt)引起的小麦叶锈病,是小麦上发生最早的一类病害,使小麦产量损失惨重,造成严重的经济损失。近年来,随着气温升高和阴雨时期的增多,新的强毒性菌系增多,黄淮地区小麦叶锈病的发生愈发严重。对叶锈菌基因组的全面分析是揭示其致病机理和抗锈分子育种的重要基础,到目前为止,关于小麦叶锈菌基因组方面的研究仍然薄弱,国内菌系的基因组测序分析仍是空白。本文采用高通量测序技术,对河南强毒性菌系Pt-HnZU18-3进行了全基因组测序分析和比较基因组分析。主要研究结果如下:1.单孢菌系的分离和毒性鉴定。2015年田间采集的小麦叶锈菌菌种通过小麦离体叶段培养、单孢子分离的方法,共分离出5个小麦叶锈菌单孢子系,分别命名为:Pt-HnZU18-1、Pt-HnZU18-3、Pt-HnZU207、Pt-HnZU168-1、Pt-HnZU168-2。在36个小麦品种上进行毒性鉴定,发现Pt-HnZU18-3是一个强毒性菌系。除了小麦品种云麦34对Pt-HnZU18-3表现出较强抗性外,其余小麦品种均表现出不同程度的感病(中感和高感)症状。2.河南菌系Pt-HnZU18-3全基因组测序。1)菌种的扩繁:在铭贤169小麦品种上进行,共收集夏孢子约12g,用于DNA的提取;2)DNA样品的准备:基因组DNA的提取方法有CTAB法和DNeasy Plant Mini Kit法,在此基础上,建立了高质量DNA提取纯化体系,DNA质量达到三代测序要求;3)对小麦叶锈菌菌系Pt-HnZU18-3进行PacBio RSII三代测序和Illumina Hiseq 4000二代测序,共计产出45,312Mb数据,其中Pacbio产出14,249Mb数据,聚合酶平均读长为8,481bp;Hiseq 4000构建了270bp、10K和20K文库,产出31,063Mb数据。联合Hiseq和Pacbio平台数据,组装得到小麦叶锈菌菌系Pt-HnZU18-3基因组的总长为160.53Mb,GC含量为46.92%,scaffold数量3,001个,contig数量6,701个。scaffold N50为102,132bp,contig N50为35,387bp。3.河南菌系Pt-HnZU18-3结构基因组分析。基于K-mer分析显示小麦叶锈菌Pt-HnZU18-3的基因组大小约为160Mb。K-mer分析出现杂合双峰,说明小麦叶锈菌Pt-HnZU18-3的基因组高度杂合。通过Genemark-ES、Blast、Blat、Genewise等软件预测并去除冗余序列分析,预测基因的数量为32,767个,平均基因长度1,875bp,基因主要集中在200-2,500bp这段区域(28,571个基因),占全部基因数量的87.2%。通过CEGMA软件分析显示,拼接基因组的真核生物核心基因集覆盖率达到93.95%,说明基因组组装具有较好的完整性。利用GO数据库注释分类表明:在参与生物学过程的基因集中,参与细胞过程的基因数量为5,724个,参与代谢过程的基因数量为6,285个;在细胞成分中,属于细胞(1,745个基因)、细胞组分(1,745个基因)和细胞器(1,211个基因)的基因数量相对较多;在分子功能注释中,参与结合作用的基因有8,079个,参与催化活性的基因有4,255个。对小麦叶锈菌Pt-HnZU18-3基因组进行PHI基因注释分析,共注释上10种PHI类型,包括891个基因。其中305个基因与小麦叶锈菌的致病性无关,335个基因属于毒性降低分类,毒性增强基因有2个,强毒性增强基因具有10个,致死因子74个,丧失致病性类型具有79个,化学靶标类型有13个,效应蛋白(植物非病原性因素)类型有2个。通过PHI基因注释分析,发现大部分基因与小麦叶锈菌的致病性相关不大,只有少数基因与强毒性和致病性有关。小麦叶锈菌共预测出1686个分泌蛋白,占基因组比例的5%。4.比较基因组初步分析。小麦锈菌(叶锈菌、条锈菌和秆锈菌)的同源基因集分析显示,3种小麦锈菌间存在4,890个同源基因。叶锈菌、条锈菌和秆锈菌都包含其特有的基因集,分别占其全部基因集的37.69%、32.58%和26.41%。和其他8个真菌基因组相比,小麦叶锈菌基因组最大,几乎是秆锈菌基因组大小的2倍,这充分反映了基因组结构特征和演化规律的复杂性。本研究完成了小麦叶锈菌河南强毒性菌系Pt-HnZU18-3的全基因组测序、组装以及结构分析,为进一步开展叶锈菌基因发现和比较基因组分析、毒性变异分子机制和致病机理研究奠定了重要基础。