广东省农科院作物所甘薯团队在甘薯茎腐病致病机制取得重要进展 首次构建Dickeya dadantii物种泛基因组图谱

甘薯一烂就是一大片，茎基发黑、散发恶臭，产量全完蛋！这种‘毁灭性’土传病害到底怎么防治？广东省农科院团队带着‘泛基因组’黑科技来了！他们揪出了藏在病菌里的两个关键‘毒力开关’，一旦关闭，病菌丧失部分攻击力。抗病甘薯品种，或许不再遥远。

由 Dickeya dadantii引起的甘薯细菌性茎腐病和根腐病（BSRR）是当前严重威胁全球甘薯产业健康发展的毁灭性土传病害，其典型症状表现为茎基部软化变黑、维管束组织褐变以及储藏根腐烂并伴有恶臭，在甘薯整个生育周期内均可造成巨大的产量损失与品质下降。该病原菌宿主范围广泛，能够侵染包括玉米、菠萝、水稻、烟草及番茄在内的多种经济作物和观赏植物，且自2010年在中国首次报道以来，已迅速扩散至广东、海南、江西、河南、福建、重庆、广西、江苏等多个省份，成为我国南方甘薯主产区最具破坏性的病害之一。尽管该病害的危害日趋严重，但目前对于中国流行菌株的群体结构、遗传分化模式以及其核心毒力决定因子的系统性认知仍然十分匮乏，这极大地制约了针对性的抗病育种策略和高效病害防控手段的研发。

为进一步解析中国不同地理来源 D. dadantii菌株的遗传多样性及其关键致病分子基础，广东省农业科学院作物研究所甘薯团队开展了深入研究，并取得新进展。

广东省农业科学院作物研究所甘薯团队于Agricultural and Food Chemistry（中科院一区，IF: 6.7)在线发表题为“Pangenome Analysis Uncovers Two Pathotypes of Dickeya dadantii, the Causal Agent of Sweetpotato Stem Rot, and Identifies Virulence Associated Genes”的研究论文。

本研究基于 PacBio HiFi 测序技术，完成了甘薯细菌性茎腐病和根腐病（BSRR）代表性菌株 E36 的高质量完整环状基因组组装（4.78 Mb），并整合中国 8 个省份共 33 株分离菌株与 23 株全球公开菌株，首次构建了 Dickeya dadantii物种层面的泛基因组图谱，系统解析了该病原菌的种群结构与遗传分化特征。泛基因组分析表明，核心基因约占 41.83%，附属基因占比达 58.17%，且随着菌株数量增加，核心基因比例呈逐渐下降趋势，附属基因数量明显扩张，充分揭示该病原菌基因组具有典型的“开放”特征，高度动态且受到显著的环境选择压力。

系统发育分析与平均核苷酸一致性（ANI）结果显示，全球范围内的菌株呈现明显的地域聚集性，而国内甘薯源菌株根据地理来源可划分为两大主要进化类群（Group I 和 Group II），表明地理隔离与宿主适应共同驱动了该病原菌的遗传分化。

在此基础上，研究基于 56 株菌株共有的核心基因组，通过信号肽预测、跨膜结构域筛选及亚细胞定位分析，鉴定出 36 个保守效应蛋白，并选取 8 个代表性基因开展侵染时间序列表达分析（qRT-PCR）、蛋白纯化及目标效应蛋白突变体表型验证。

结果表明，CpxP 和 Spy 基因在侵染后显著上调表达，且在后期维持较高转录水平。进一步通过原核表达纯化这两个蛋白并注射至本氏烟草叶片，在 6 天内可诱导典型的过敏性反应（HR），证实其具备激发宿主植物免疫反应的生物活性。为验证其在病害中的实际毒力功能，研究构建了 ΔCpxP 和 ΔSpy 基因敲除突变体，并在甘薯块根和叶片上进行致病力测试，结果显示两个突变体的致病力均较野生型 E36 显著下降，病斑面积明显缩小。此外，CpxP 和 Spy 蛋白均含有 LTXXQ 保守结构域，提示该结构域可能与其毒力功能密切相关。综上所述，本研究不仅首次阐明了中国 D. dadantii群体的种群分化格局，还通过“预测-表达-验证”的完整链条实证了 CpxP 和 Spy 是病原菌侵染甘薯的保守毒力因子，为深入解析其分子致病机制及开发区域性病害防控策略提供了重要的理论依据和基因靶点。

该论文第一作者为联合培养硕士生范梦佳，通讯作者为广东省农业科学院作物研究所黄立飞研究员。此外，广东省农科院基因中心吴绍文副研究员、华南农业大学周佳暖教授及华中农业大学谢甲涛教授都参与了本项目。本研究得到了国家甘薯产业技术体系（CARS-10）、国家重点研发计划（2024YFD1401203-5）和广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金（2024CXTD07）项目支持。