随着基因组测序技术的迅猛发展，尤其是长读长测序技术的应用，使生物学研究进入了全新的时代。PacBio长读长测序在解析复杂真菌基因组结构、揭示耐药性机制和适应性进化方面发挥了关键作用。本文将回顾三项近期发表的研究，阐述长读长测序技术如何推动真菌的耐药性与适应进化机制研究，并探讨其在公共卫生和农业领域中的潜在应用。诺禾致源在以下研究中承担PacBio文库构建及测序工作。
发表期刊：Nature Communications
发表时间：2023年12月15日
研究物种：Candida tropicalis
研究内容：
全球分布的共生酵母菌白念珠菌（Candida tropicalis）引发的侵袭性感染与超过50%的死亡率密切相关。特别是在亚太地区，抗唑类药物耐药性显著上升，成为严重的公共卫生问题。研究团队通过多位点序列分型（MLST）对1571株全球C. tropicalis分离株进行了基因群体分析，并对其中629株进行了全基因组测序（WGS），其中包括448株中国临床侵袭性菌株和181株公共数据库中的菌株。
结果显示，MLST第四分支是主要的抗唑类耐药克隆。更深入的WGS分析发现，抗唑耐药率的急剧上升与第四分支下的AZR群体快速扩展密切相关。AZR群体的耐药性显著高，其原因在于串联基因重复事件发生在具有 A395T突变的 ERG11 等位基因突变的染色体上。此外，研究还发现Ty3/gypsy类反转录转座子在该群体中高度富集，提示其基因组具有更高的可塑性。这种基因重复不仅增强了ERG11基因的表达水平，还与高水平的抗唑耐药性（如氟康唑MIC≥256 mg/L）相关。
研究进一步通过体外实验验证，ERG11基因拷贝数的增加确实导致了抗唑耐药性的增强，且这种基因重复在缺乏抗唑压力时依然保持稳定。最终，研究强调了持续监测第四分支AZR群体的重要性，以应对日益严峻的抗真菌耐药性威胁。
值得一提的是，PacBio的长读长测序技术在本研究中发挥了关键作用，发现了ERG11基因的串联重复事件，为理解耐药机制提供了重要支持
发表期刊：Nature Communications
发表时间：2024年7月12日
研究物种：Laburnicola rhizohalophila
研究内容：
本研究针对盐生植物根部深色隔膜内生真菌Laburnicola rhizohalophila，探究其在极端环境下的基因组进化和适应机制。研究者对五个代表性菌株进行了染色体水平的基因组组装，发现了显著的基因组可塑性，这种可塑性源于染色体融合和裂变事件（染色体数变异）。通过基因组特征、系统发育关系等分析，提供了种内二倍体杂合体起源的明确证据，这些杂合体由遗传上不同的单倍体谱系融合而成。
其中一个二倍体菌株在多种非生物胁迫（如盐度、碱度、氧化和渗透压）下表现出相对于其亲本的生长优势。基因表达分析显示，在四种生长条件下，与膜甘油脂生物合成和跨膜转运活性相关的基因在杂合体中呈现超亲本上调。这些基因的上调可能增强了真菌在胁迫条件下的膜完整性和脂质积累，降低了丙二醛的产生，从而提高了耐盐性。
本研究支持了杂交引起的基因组加倍可导致极端环境内生真菌表型创新的观点。PacBio长读长测序技术在生成高质量的染色体级别基因组序列、揭示真菌基因组的复杂结构和杂合体形成机制方面发挥了关键作用。
发表期刊：Nature Microbiology
发表时间：2024年6月19日
研究物种：Rhodosporidiobolus fluvialis
研究内容：
这项研究深入探讨了一种新兴的侵袭性真菌病原体——Rhodosporidiobolus fluvialis，揭示了其对抗真菌药物的耐药性，以及通过独特的酵母-伪菌丝转变所表现出的增强致病性。研究表明，暴露于哺乳动物体温（37°C）会诱导该真菌发生突变，导致超致病性和全药物耐药菌株的产生，这一发现引起了对公共卫生的广泛关注。研究人员在不同温度下培养细胞，观察到在37°C条件下，R. fluvialis 的突变率显著增加，这种温度诱导的突变机制可能是该真菌适应宿主环境并增强其致病性的关键。
此外，研究团队使用 RNA 测序分析了真菌的转录组，深入了解其基因表达变化，识别出与耐药性和致病性相关的关键基因，为未来的研究提供了重要线索。PacBio 测序技术在这项研究中发挥了重要作用，凭借其高准确度和长读长的优势，不仅帮助研究人员获得了更全面的基因组信息，也为理解 R. fluvialis 的突变机制和耐药性提供了有力支持。
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参考文献：
[1]Fan X, Dai RC, Zhang S, et al. Tandem gene duplications contributed to high-level azole resistance in a rapidly expanding Candida tropicalis population [published correction appears in Nat Commun. 2024 Jan 18;15(1):587. doi: 10.1038/s41467-024-44825-y]. Nat Commun. 2023;14(1):8369. Published 2023 Dec 15. doi:10.1038/s41467-023-43380-2
[2]Li Z, Zhu Z, Qian K, et al. Intraspecific diploidization of a halophyte root fungus drives heterosis. Nat Commun. 2024;15(1):5872. Published 2024 Jul 12. doi:10.1038/s41467-024-49468-7
[3]Huang J, Hu P, Ye L, et al. Pan-drug resistance and hypervirulence in a human fungal pathogen are enabled by mutagenesis induced by mammalian body temperature. Nat Microbiol. 2024;9(7):1686-1699. doi:10.1038/s41564-024-01720-y
