高致病性暗色真菌系统发生动态和适应性进化研究

Black yeast widely exists in nature, which mainly causes chromoblastomycosis and phaeohyphomycosis. These diseases are drawing more and more attention from clinician due to its dangerousness and intractability. Our early studies suggested that there were some highly pathogenic lineages with relatively independent phylogenetic status. There was significant genetic difference between strains from clinic and environment. In this project, we will make an analysis in the three leading species of black yeast (Phialophora verrucosa, Exophiala dermatitidis and Exophiala spinifera) from phylodynamic and adaptive evolutionary perspective by genomics approaches. The evolution of black yeast's pathogenicity will be the focus of our research. Our study aims to demonstrate whether there is significant correlation among pathogenicity， epidemic and phylogenetic status, and whether there is convergent evolution at the genetic level under the selective pressure of host.

暗色真菌广泛存在于自然界中，主要引起着色芽生菌病和暗色丝孢霉病等，难治愈、高危险且发病率也在逐年上升，已引起学界的广泛关注。本课题组的前期研究提示，暗色真菌中可能存在进化地位相对独立的高致病性谱系，该谱系与环境来源的菌株存在明显的遗传差异。因此，本研究借助基因组学的理论和技术，从系统发生动态和宿主适应性进化的角度，聚焦于高致病性暗色真菌的三个代表性物种（疣状瓶霉、皮炎外瓶霉、棘状外瓶霉），通过比较不同物种之间存在的共同基因特质，对暗色真菌的高致病力相关性状做出解析，着眼于两个关键性的科学问题：从系统发生动态的角度，探讨暗色真菌在致病性、流行趋势和系统发生地位之间是否存在相关性；从适应性进化的角度，探讨高致病力暗色真菌，是否在宿主免疫压力的选择作用下形成基因水平的趋同进化，以及这些基因与致病力的关系。

暗色真菌广泛存在于自然界中，主要引起着色芽生菌病和暗色丝孢霉病等真菌病，这类真菌病临床常难以治愈、甚或危及患者生命，已引起学界的广泛关注。本研究通过聚焦于我国临床常见的高致病性暗色真菌的三个代表性物种（疣状瓶霉、皮炎外瓶霉、棘状外瓶霉）展开系统发育学分析和毒力评估，并筛选出包括临床分离株和环境分离株在内的10株棘状外瓶霉和皮炎外瓶霉及26株含6个种的疣状瓶霉复合体进行基因组测序，通过联合长读长（PacBio）和短读长（Illumina）测序策略获得完整基因组序列用于分析菌株的毒力因子、适应性以及主要的遗传和基因表达差异。棘状外瓶霉基因组装配达到亚染色体水平，预测的基因数介于12,043和12,130之间，临床菌株中的插入缺失数量高于环境菌株。此外，检测到CARD9缺陷患者棘状外瓶霉分离株中scaffold I和III存在同义重排。比较转录组学分析表明，棘状外瓶霉在BHI和SDA培养基中有16个基因差异表达，BHI中上调的大多数单拷贝基因都是KOG分类中的转运蛋白。次级代谢产物的产生涉及十七个基因簇，但棘状外瓶霉临床菌株中不存在PKS-17基因簇。皮炎外瓶霉的基因组较棘状外瓶霉小，其基因组中的毒力相关基因明显少于棘状外瓶霉，其中Myb样DNA结合结构域以及SANT/Myb结构域主要存在于亲脑性的皮炎外瓶霉分离株。对种内和种间菌株基因组数据的比较分析发现，与荚膜相关的基因在皮炎外瓶霉中表达更高。疣状瓶霉复合体显示出相当大的种内基因组变异。美洲瓶霉的变异程度最高。疣状瓶霉的CAZy酶变异较大，而美洲瓶霉的PKS相关基因与复合体内的其他种有差异。综上，本课题研究表明，我国临床高致病暗色真菌中存在不同的内在毒力特征，这种差异在不同种间缺乏一致性，表明种内变异性与宿主差异可能相关，本研究为进一步阐明CARD9免疫缺陷患者相关分离株的致病性和适应策略的机制提供了重要线索。