1968年-2009年美国小麦条锈菌毒性进化及遗传多样性分析

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小麦条锈病是由Puccinia striiformisf.sp.tritici(PST)引起的专性活体营养真菌病害。该病害分布范围广,危害严重。条锈病菌毒性变化,可规避小麦品种抗性,导致大面积流行。因为不同时期运用不同寄主进行小种鉴定,所以无法对不同时期的群体进行直接比较。为了更清楚的了解美国条锈菌的毒性动态,本研究采用18个单基因系作为鉴别寄主,分析1968-2009年采集的908个美国菌样,鉴定出171个生理小种,它们对Yr5和Yr15不致病,但对其余的16个抗性基因致病。随着时间推移,多数小种的毒性频率呈上升趋势。抗性基因Yr17、Yr27、Yr32、Yr43、Yr44、YrTr1、YrExp2等毒性小种的出现时间,比之前所发现的时间早。根据毒性谱聚类,171个生理小种主要分为2个大集群(VC),依据毒性平均数、致病能力进一步分为8个毒性亚群(VG)。其中,VG1、VG2、VG5属于VC1,菌种标样主要出现在1968-2009年;VG4也被划分为VC1,标样时间为1978-2009年;VC1集群中的VG3和VC2集群中的VG6标样均来自2000年以后;而VC2中VG7和VG8标样分别来自1998和1993年以后。分析推测,127个生理小种(74%)是从以前存在的小种通过1-2步基因变异演变而来,其余44个生理小种可能是通过外引或者体细胞重组产生。
  在群体遗传研究中,中性遗传标记是最常见的工具,它们容易获得,并可以提供无偏估计的群体遗传差异分析。美国USDA-ARS条锈病研究室开发了一系列条锈菌专化性SSR和SNP标记。本研究利用其中的92个SNP和14个SSR标记,对1968-2009年采集于美国小麦条锈病各流行区域的1084份标样进行基因型分析表明,两种分子标记均可以有效地区分美国群体,鉴定出711个SNP多位点基因型和568个SSR多位点基因型。根据采集时间,将1968-2009年间的标样划分为9个动态群体。经分子方差分析,发现这些群体的遗传分化在不同时期存在明显差异。多态性频率从1968年至2009年呈上升趋势。其中,2000年是一个非常重要的转折点,来自2000年以后的条锈菌群体多态性明显增加。
  对美国1968-2009年小麦条锈菌毒性和生理小种的群体研究,揭示了病原菌动态进化信息,明确了美国条锈病演变规律,为合理利用抗病基因防治条锈病奠定了基础。
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