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Nature Genetics:白粉病菌的无性生殖优势

日期:2013-08-01 00:00:00

白粉病是许多严重的植物病害之一,小麦和大麦都遭受这种寄生真菌的危害,每年的作物产量也因此而损失严重。德国科隆(Cologne)植物育种研究所(MaxPlanck Institute for Plant Breeding Research)的大麦白粉病遗传专家保罗.舒兹列菲特(Paul Schulze-Lefert),带领了来自苏黎士大学(UniversityofZurich)的植物学家毕特.凯勒(BeatKeller)和汤玛士.维克(ThomasWicker)团队,对瑞士、英国和以色列的小麦白粉病菌株进行了遗传讯息分析。这些最近发表在「自然遗传学(NatureGenetics)」和《美国国家科学院期刊》(PNAS)的研究结果揭开了寄主和病原菌长期以来的共演化,以及白粉病菌如何以无性生殖达到出乎预料的成功。除此之外,研究结果也为小麦、大麦与白粉病菌交互作用的细节,展开了新的一页。

白粉病菌感染的小麦嫩叶

无性生殖好处多

白粉病菌跟大部分的真菌一样,有两种繁殖方式:进行遗传重组的有性生殖,以及後代遗传性状与亲代完全一致的无性生殖。研究人员强调,这两种生殖方式的优点大相迳庭:「具有致病能力的白粉病菌,好几个世纪才会发生一次成功的有性生殖,其余的时後大部分都是无性生殖。」维克说明。其实这个令人困惑的现象其来有自:为了要感染植物,白粉病菌必须能够成功地抑制植物的防御系统-也就是说,病原菌必须完美地适应宿主植物。「在病原菌和植物宿主的交互作用中,基因重组可能会让病菌产生负面的改变,原本成功致病的病原菌可能因此失去适应植物宿主的能力,或是失去瘫痪植物防御系统的能力。」所以对於已经具有致病能力的病菌来说,无性生殖的後代会拥有亲代的感染能力,换句话说,无性生殖让遗传讯息维持相同,确保了白粉病菌後代的致病能力。舒兹列菲特表示,小麦和大麦白粉病菌的无性生殖後代,比起有性生殖的後代更具竞争力。这种具有优势的无性生殖,是许多寄生真菌的特徵,造成人类香港脚的真菌亦是如此。

有性生殖仍有益处

基因分析的结果让科学家得知白粉病菌在一万年以前(比小麦被驯化还早)就已经是寄生性的病原菌了。尔後发生的所有遗传变异,不论是为了适应新的育种作物,或是病菌的自然突变,都没有使白粉病菌离开这位老主顾。而这正是为什麽有性生殖仍有价值、为什麽白粉病菌偶尔还是要进行比较没有益处的有性生活史。「如果小麦演化出抗病能力,白粉病菌必须有办法去适应,不然就会输掉这场竞赛。」维克说明,「而新的适应只能靠基因重组,也就是有性生殖。」小麦和白粉病菌在演化关系上将永不分离了。

很明确地,白粉病菌的有性生殖和基因重组在这几百万年的演化中,的确发生过几次,而且让後代具有新的致病能力,并成功地感染了新的小麦品系。现在科学家们怀疑,古时候的小麦交易或是新型病原菌兴起的原因之一。

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