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禾谷镰刀菌赤霉病（FHB）由共存的镰刀菌属物种驱动。然而，其竞争相互作用的分子基础，尤其是在菌株水平上，仍在很大程度上未知。我们对4株在单培养、自我对峙（SC）和种间对峙（C）实验条件下培养的镰刀菌分离物进行了综合多组学研究：两株禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）菌株FgrI349和FgrPH-1，以及两株燕麦镰刀菌（Fusarium avenaceum）菌株FaveI494和FaLH03。光学显微镜观察和定量比色分析显示出显著的表型异质性。禾谷镰刀菌菌株形成扩展性强、带红色色素的菌落，并具有快速的径向生长，而燕麦镰刀菌分离物生长较慢，且表现出不同的菌落形态和色素沉积模式。非靶向LC-HRMS在单培养中检测到1,008种代谢物，在对峙区域检测到938种代谢物。研究证实了物种水平的化学特征，并鉴定出菌株特异性的代谢物集合，其中FaLH03产生了超过60%的仅由单一菌株独有的代谢物，凸显了其异常独特的代谢谱。RNA-seq揭示了竞争过程中广泛的转录重编程。在自我对峙中，菌株特异性差异依然存在，但未观察到显著的形态或代谢变化。种间对峙引发了依赖对手的响应：FgrI349在对抗FaveI494时上调了1,492个基因（包括次级代谢物生物合成、氧化还原酶活性和转运相关基因），但在对抗FaLH03时仅上调了407个基因；而在同种对峙中则下调了次级代谢物相关基因。相反，燕麦镰刀菌分离物表现出相反趋势；FaLH03强烈抑制核糖体生物发生和细胞壁相关基因，同时诱导氧化代谢通路，而FaveI494则表现出较温和的转录响应，主要以下调细胞分裂和染色体分离相关基因为主。基因本体富集分析突出显示了禾谷镰刀菌中“次级代谢物生物合成过程”类别随对手不同而发生的特异性逆转：在种内对峙中下调，而在两种种间对峙中均上调。总体而言，我们的结果表明，竞争结局更多地由菌株身份而非物种身份决定，每个菌株在面对特定对手时都会部署不同的分子武器库，从代谢物介导的拮抗作用到靶向性的转录关闭。这些发现深化了我们对镰刀菌群落动态的理解，并为开发针对菌株的FHB生物防治策略提供了理论框架。
禾谷镰刀菌穗腐病（FHB）由共存的镰刀菌属物种共同驱动。然而，关于它们竞争性相互作用的分子基础，尤其是在菌株水平上，仍在很大程度上未知。我们对四个镰刀菌分离株在单培养、自对峙（SC）和种间对峙（C）实验条件下进行了整合多组学研究：两个禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）菌株FgrI349和FgrPH-1，以及两个燕麦镰刀菌（Fusarium avenaceum）菌株FaveI494和FaLH03。光学显微观察和定量比色分析揭示了显著的表型异质性。禾谷镰刀菌菌株形成了扩展性强、呈红色色素沉积的菌落，并具有较快的径向生长速度；而燕麦镰刀菌分离株生长较慢，且表现出不同的菌落形态和色素分布模式。非靶向LC-HRMS在单培养中检测到1,008种代谢物，在对峙区域中检测到938种代谢物。研究证实了物种水平的化学特征，并鉴定出菌株特异性的代谢物集合，其中FaLH03产生的仅由单一菌株独有的代谢物超过60%，凸显了其极为独特的代谢谱。RNA-seq揭示了竞争过程中广泛的转录重编程。在自对峙中，菌株特异性差异仍然存在，但未观察到显著的形态或代谢变化。种间对峙引发了依赖对手的响应：FgrI349在对抗FaveI494时上调了1,492个基因（包括次级代谢物生物合成、氧化还原酶活性和转运相关基因），而在对抗FaLH03时仅上调407个基因；与此同时，在同种对峙中则下调了次级代谢物相关基因。相反，燕麦镰刀菌分离株表现出相反趋势；FaLH03强烈抑制核糖体生物发生和细胞壁相关基因，同时诱导氧化代谢通路，而FaveI494则表现出较为温和的转录响应，主要以下调细胞分裂和染色体分离相关基因为主。基因本体富集分析突出显示了禾谷镰刀菌中“次级代谢物生物合成过程”类别在不同对手条件下的特异性逆转：在种内对峙中下调，而在两种种间对峙中均上调。总体而言，我们的结果表明，竞争结果更多地由菌株身份而非物种身份所决定，每个菌株在面对特定对手时都会动用不同的分子武器库，从代谢物介导的拮抗到靶向性的转录关闭不等。这些发现深化了我们对镰刀菌群落动态的理解，并为开发针对菌株的FHB生物防治策略提供了框架。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.17.744998v1?rss=1
🏷️ 镰刀菌 菌株水平多样性 种间竞争 多组学分析 RNA-seq 次级代谢