[郭志鴻] 絲瓜簇葉病植物菌質體的比較基因體學研究揭露潛在移動單元在演化上的重要性
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Figure. Witches’ broom disease of loofah. (A) Infection symptoms. Left, healthy control; right, phytoplasma-infected. (B) Genome map of ‘Candidatus Phytoplasma luffae’ strain NCHU2019 found in the plant shown in panel A.
植物菌質體是一群在全球分佈廣泛的植物病原菌，並在農業上造成嚴重損失。在台灣，受植物菌質體病害影響的作物有花生、絲瓜、日日春、梨、木瓜及甘藷等。由於這群細菌至今仍無法以人工培養基純化培養，因而難以利用傳統微生物學工具進行研究。為突破此限制，中研院植微所郭志鴻研究員與國立中興大學生化所楊俊逸教授合作，採用基因體學及分子生物學工具探討這群細菌的演化與致病機制。
在此新發表的成果中，研究團隊以在台灣中部採集的絲瓜病株作為材料，進行絲瓜簇葉病植物菌質體（‘Canadidatus Phytoplasma luffae’）之全基因體定序及分析。結果發現此菌株帶有至少13個潛在移動單元（potential mobile unit; PMU），為目前已知的最高紀錄。由於潛在移動單元經常帶有植物菌質體致病所需的效應因子（effector）基因，此類移動式遺傳元件（mobile genetic element; MGE）在基因體內的大量擴增也造成致病基因數目的增加，並可能促成不同致病基因亞功能化（subfunctionalization）或是新功能化（neofunctionalization）的演化。此外，藉由在「屬」的分類階層進行不同植物菌質體的比較基因體學分析，研究團隊也發現潛在移動單元可依照基因內容及排列被分成三大類，而且數量多寡可以解釋不同菌株基因體大小的約80%變異。此成果不但建立未來潛在移動單元相關研究的基礎，也為這些移動式遺傳元件在基因體演化上的重要性首次提出量化估值。
此論文刊載於Frontiers in Microbiology，第一作者黃敬廷及共同作者卓舒婷與林宥辰皆為郭志鴻實驗室研究助理。研究經費由科技部、教育部及中研院提供。
Huang CT, Cho ST, Lin YC, Tan CM, Chiu YC, Yang JY*, Kuo CH* (2022) Comparative genome analysis of 'Candidatus Phytoplasma luffae' reveals the influential roles of potential mobile units in phytoplasma evolution. Frontiers in Microbiology 13:773608. DOI: 10.3389/fmicb.2022.773608 [bioRxiv preprint DOI: 10.1101/2021.09.09.459700]