凌恩客户文章 |皮肤癣菌Arthroderma uncinatum strain T10基因组的深度解析

皮肤是人体最大的器官。

作为保护人体不受外界侵害的第一重防护关卡，皮肤也极容易受到真菌感染的侵害——皮肤癣菌就是其中的一大类。

近日南京皮肤病研究所与凌恩生物技术团队合作报道了一类重要的皮肤癣菌Arthroderma uncinatum strain T10菌株的基因组，并将该菌株与人畜共患病皮肤癣菌Microsporum Canis和红毛菌Trichophytor rubrum菌株进行比较基因组研究，深入挖掘了A. uncinatum T10菌株的功能特征，并讨论了皮肤癣菌感染性和毒力的进化以适应与人类（动物）共存。

本研究中采用了二代加三代的测序组装策略，首先报告了A. uncinatum T10菌株的基因组组装情况：

表1. A. uncinatum T10菌株二代测序及三代测序数据统计

基于NGS测序与Pacbio测序获得的数据，组装获得23.56Mb的A. uncinatum T10菌株基因组，共计5条contigs，Contig N50为6.24Mb。经BUSCOs评估，该基因组完整性达97.6%,GC含量48.59%。研究中同时组装获得了A. uncinatum T10菌株完整的线粒体基因组：基因组大小30.449Kb，GC含量23.53%，线粒体基因组可编码15个蛋白质，核糖体大小亚基及25tRNAs。

基于多种数据库注释，研究挖掘了A. uncinatum T10菌株的功能特征：在COG注释中，共计5，746个基因获得注释，主要集中在翻译后修饰、分子伴侣、核糖体结构和生物发生、氨基酸的转运及代谢 以及碳水化合物的转运代谢方面（下图a）。此外，在KEGG数据库共计2，929个基因（311条通路被注释），主要功能聚集在代谢通路、次生代谢物生物合成等发方向（下图b）。GO数据库共注释出4.972个基因，主要表现为分子功能领域的结合及催化活性功能（下图c）。

图1. A. uncinatum T10菌株基因功能注释（a. COG注释 b. KEGG注释 c. GO注释）

 基于系统进化分析，研究中选用Aspergillus fumigatus为外群，将A. uncinatum T10菌株与其他6种常见毛癣菌基因组进行了比对，基于单拷贝同源基因构建系统进化树（下图）。

图2. A. uncinatum T10菌株与其他毛癣菌基于单拷贝同源基因构建系统进化树

研究发现，与之在系统进化上最相近的物种是Microsporum Canis，这是一种人畜共患的皮肤病原癣菌。研究于是选择将A. uncinatum T10菌株与M.canis以及常见皮肤癣菌红色毛癣菌T.rubrum的基因组进行了比较研究》》》》

表2. 三种癣菌基因组比较

基于BUSCOs评估，这三种真菌基因组的完整性都很好。从基因组大小看A. uncinatum T10菌株较大一些，红色毛癣菌T.rubrum则较小。但就基因数目而言，A. uncinatum T10菌株是其中含有基因数最少的。

从基因功能角度分析，与M.canis相比, A. uncinatum T10菌株的特有基因功能主要集中在转录因子的分解代谢过程及其对转录过程的负调控方面。较之红色毛癣菌T.rubrum，A. uncinatum T10菌株的特有基因功能主要集中在Monopolin复合物，网格蛋白依赖的内吞作用的调节，网格蛋白依赖的内吞作用的正调节，Cvt途径和类异戊二烯代谢过程对蛋白质定位的调节等方面。

除核基因组外，研究对三株真菌的线粒体基因组也开展了比较基因组分析（下图）。三者在线粒体基因组大部分元件构成上一致性较高，但在细节上存在一定差异：T.rubrum有一些较大的ORF插入，如orf752、orf277、orf174、orf531等。此外，在rnl基因中存在一个内含子，在A. uncinatum为rps3，在M.canis为rps5等……

图3. A. uncinatum T10菌株（中间）与T.rubrum(内圈)及M.canis（外圈）的线粒体基因组比较

此外，在既往研究中A. uncinatum的线粒体基因组也有报道。已报告A. uncinatum（NC_012828）的线粒体基因组为28，530bp，但在此研究中获得线粒体为30，449bp。通过共线性分析发现（下图）,本研究中的T10菌株在~25kb至~27kb位置，存在1.9Kb的插入，这一位置插入为orf531。

图4. A. uncinatum T10菌株与已报道 NC-012828菌株的线粒体基因组比较

 最后，研究对常见皮肤癣菌的黏附素和次生代谢产物注释进行了统计和描述。

总结

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利用Pacbio测序技术结合二代测序数据，研究系统报告了A. uncinatum T10菌株的核基因组与线粒体基因组信息，A. uncinatum中存在特定的毒力相关基因。基于比较基因组研究和系统进化研究发现，皮肤真菌的祖先是具有高毒力的，在进化过程中毒力降低，以更好地与人类及动物共存。 

文献:

Assemly and analysis of the whole genome of Arthroderma uncinatum strain T10, compared with Microsporum canis and Trichophyton rubrum.Mycoses, 2020.

doi: 10.1111/MYC.13079 

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