中国马铃薯早疫病病原菌的群体遗传结构

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了解病原菌群体遗传结构的时空动态分布及进化动力,评估病原菌进化潜力,有助于广泛指导和培育持久抗性品,从而实现有效环保可持续性病害管理。由链格孢属()真菌引起的马铃薯早疫病害,在全球马铃薯种植区普遍发生,造成严重的经济损失,在发展中国家早疫病的危害仅次于晚疫病。中国是世界上马铃薯种植面积和消费量最大的国家,种植面积扩大和耕作区多年种植导致马铃薯早疫病的危害日趋严重,特别在我国北方地区屡见报道。在马铃薯早疫病病原菌的研究中大多数集中在菌株毒力差异性、营养亲和性和RAPD分子标记方面,对马铃薯早疫病原菌群体遗传结构及其形成机制方面的研究鲜有报道。本研究2011年-2013年在中国马铃薯四大耕作区(北方一季作区NSR、中原二季作区CDR、南方冬季作区SWR、西南混作区SMR)的10个省份(黑龙江、内蒙古、河北、山西、山东、河南、湖北、湖南、福建和云南)的17块田中采集具有典型马铃薯早疫病症状的病叶,分离纯化。开发适用于早疫病菌SSR分子标记。运用DNA分子标记结合群体遗传学、生物统计学的方法,研究Alternaria alternata群体遗传结构以及交配性基因MAT1时空分布频率,探讨在病害发生流行或者进化过程中是否出现有性生殖现象,及导致A.alternata高度遗传变异机制。1.本文首先采用基因组文库法构建A.solani文库,筛选马铃薯早疫病菌SSR标记,用来自黑龙江、河南、福建和云南4个省份共268株A.solani来验证SSR标记的可行性;初步推测这4个A.solani群体遗传进化动力。结果表明:筛选出的7个SSR标记多态性好、选择中性和位点间无连锁;4个A.solani群体表现出高度遗传差异,检测到123个不同的基因型中约2/3的基因型在4个群体中只出现1次;衡量基因型多样性的标准Shannon指数范围从0.82到0.92;距离上千公里的不同群体中检测到多个无性系;4个群体中有2个群体(占50%)的SSR位点是随机联合的;群体间估算每一代菌株平均有6个遗传物质拷贝的交流,基因流没有显著的地理隔离。根据结果推测隐性的有性生殖和调种导致中国A.solani群体遗传结构的这种布局。2.A.alternata被认为是无性生殖真菌,被划分在半知菌亚门(归类到子囊菌门中),但是这种真菌一直携带有功能的MAT1交配型基因。试验联合SSR标记技术和MAT1交配性基因研究来自2011年-2013年中国四大马铃薯耕作区A.alternata群体多样性以及MAT1基因的时空频率分布。结果表明:同样的基因型出现在相隔数百公里的不同地理区域和不同年份中,具有无性生殖真菌的特点;同时病原菌表现出高度基因型多样性,群体内和群体间都出现等比例的交配型频率,两种交配型菌株间Gst=0.002,表明没有遗传分化,两种交配型间系统发育关系密切,大多数田块间SSR标记位点随机联合,这些证据说明有性生殖在病原菌流行和进化中起着重要的作用。综上所述,A.alternata在寄主上发病流行的繁殖方式有发生有性生殖,促进病原菌适应环境变化,导致在农业上更难防治。3.利用多态性高可靠性高SSR标记可用于近缘种研究的特点,试验分析688株A.alternata群体遗传结构特点及遗传结构形成机制。结果表明:除了个别个体,不同群体的个体间没有明显的遗传距离分化;从四个耕作区和17个田块两两群体间遗传分化度较低,群体间基因交流受到地理隔离;基因流向总体趋势是从北方一作区(主要输出源)流向南方冬作区(主要输入库);近期17个病原菌群体处于扩张的状态。结合A.alternata群体多样性结果,说明隐性的有性生殖可能是导致病原菌群体高度遗传多样性的重要原因;同时A.alternata菌株间频繁的基因流导致不同地理区域的群体遗传结构均匀化,因此群体间频繁的基因流也可能是导致群体高度遗传多样性的另一个原因。综上所述,本研究明确了中国马铃薯早疫病病原菌A.alternata群体遗传结构的特点,病原菌群体高度遗传多样性的形成机制为环保可持续性的病害管理奠定理论基础。
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