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曲霉属物种具有生态多样性，并与人类健康和工业密切交织。烟曲霉（A. fumigatus）和黄曲霉（A. flavus）是侵袭性曲霉病的两种主要致病物种。另一方面，黑曲霉（A. niger）和米曲霉（A. oryzae）则是全球酶生产、有机酸生产以及基于曲霉发酵剂（koji）的发酵工业的核心物种。对于这些相似表型是否在整个属内共享相同的基因组机制，目前尚不清楚。为此，我们为这四种曲霉构建了物种水平的泛基因组（从929个初始基因组中过滤得到210个经ANI验证的高质量组装体，总计包括88个烟曲霉、70个黄曲霉、33个米曲霉和19个黑曲霉组装体），同时构建了一个包含15,163个直系同源基因群的属水平泛基因组，并在所有物种中开展了带有表型标签、经亲缘关系校正的泛基因组全基因组关联研究（pan-GWAS）。 Pan-GWAS在每个物种—表型比较中鉴定出最多117个显著的直系同源基因群存在/缺失关联。然而，趋同分析表明，在烟曲霉和黄曲霉中分别有92个和62个与人类致病性显著相关的不同基因家族，但这两个物种很少在致病性究竟与某一特定基因家族的富集还是缺失相关这一点上达成一致。对功能注释进行的趋同分析在FDR曲霉属物种在生态上具有高度多样性，并与人类健康和工业活动紧密交织。烟曲霉（A. fumigatus）和黄曲霉（A. flavus）是侵袭性曲霉病的两种主要物种。另一方面，黑曲霉（A. niger）和米曲霉（A. oryzae）则是全球酶制剂生产、有机酸生产以及以曲霉发酵剂（koji）为基础的发酵工业的核心物种。关于这些相似表型在整个属内是否共享相同的基因组机制，目前尚不清楚。为解决这一问题，我们为这四种曲霉分别构建了物种水平的泛基因组（从最初的929个基因组中过滤得到210个经ANI验证的高质量组装，包括88个烟曲霉、70个黄曲霉、33个米曲霉和19个黑曲霉组装），同时构建了一个包含15,163个直系同源群的属水平泛基因组，并在所有物种中开展了带有表型标签且经过亲缘关系校正的全泛基因组关联研究（pan-GWAS）。
Pan-GWAS在每个物种-表型比较中识别出最多117个显著的直系同源群存在/缺失关联。然而，趋同分析表明，在分别于烟曲霉和黄曲霉中与人类致病性显著相关的92个和62个不同基因家族中，这两个物种对于致病性究竟与某一特定基因家族的富集还是缺失相关，极少达成一致。对功能注释进行的趋同分析同样未获得任何显著结果（FDR
相反，我们提出，生态位适应是通过利用泛基因组中的稀有基因组部分而实现的。通过同源性对稀有基因进行重新分类，识别出真正稀有的基因子集（每个物种156至391个直系同源群），并将其与旁系同源基因和基因片段区分开来。人类致病菌株在烟曲霉和黄曲霉中均表现出显著的稀有基因组扩张，扩张倍数均为2.44倍（经亲缘关系校正，p = 6.6 e-08）。相反，工业菌株则表现出稀有基因组收缩，黑曲霉和米曲霉的工业菌株所携带的稀有基因均比其非工业对应菌株少0.57倍（经亲缘关系校正，p = 0.015）。因此，我们认为曲霉属的生态位进化是通过定向的稀有基因组变化实现的，即在致病性选择压力下发生扩张，而在工业驯化过程中发生收缩。常被当作噪声而丢弃的稀有基因组，可能代表了该属临床适应和生物技术适应的主要进化来源。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.20.745736v1?rss=1
🏷️ 曲霉属 泛基因组 全基因组关联分析 致病性 工业驯化 稀有基因组