近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所在國(guó)際知名期刊《BMC生物學(xué)（BMC Biology）》上在線發(fā)表題為“Dynamics of Verticillium dahliae race 1 population under managed agricultural ecosystems”的研究論文，揭示無性繁殖大麗輪枝菌在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中積累遺傳變異新機(jī)制。
據(jù)戴小楓研究員介紹，大麗輪枝菌是一種毀滅性的土傳維管束病原真菌，在全世界范圍內(nèi)流行與傳播，危害棉花、馬鈴薯、茄子、向日葵等重要經(jīng)濟(jì)作物。一般認(rèn)為，大麗輪枝菌作為典型的無性繁殖真菌，主要以復(fù)制方式繁衍子代，子代群體遺傳突變頻率很低。然而，該團(tuán)隊(duì)前期通過大量病原學(xué)研究發(fā)現(xiàn)大麗輪枝菌具有積累優(yōu)異突變以適應(yīng)寄主的特性，這種無性繁殖真菌積累有益突變、清除有害突變的進(jìn)化機(jī)制尚不清楚。
該研究首先建立了一個(gè)封閉農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，在土壤消毒后播入大麗輪枝菌（參考菌株），并持續(xù)種植抗性寄主，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)7年的田間觀察和病原回收檢測(cè)。通過基因組比較分析發(fā)現(xiàn)，回收的子代群體相對(duì)于參考基因組積累了2769個(gè)單核苷酸突變和750個(gè)短片段插入/缺失突變，形成了20個(gè)主要遺傳變異熱點(diǎn)并與長(zhǎng)末端重復(fù)序列逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子Gypsy緊密連鎖；有意思的是大麗輪枝菌采用“寬進(jìn)嚴(yán)出”的策略來篩選和積累有益遺傳變異，上述突變僅有15%（509個(gè)突變）在子代群體中被固化下來，其他突變僅在個(gè)體中存在并被逐步淘汰。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)這些遺傳變異造成編碼序列發(fā)生突變的基因378個(gè)、啟動(dòng)子區(qū)發(fā)生突變的基因604個(gè)，主要影響了轉(zhuǎn)錄因子、蛋白激酶等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。該研究首次發(fā)現(xiàn)了無性繁殖大麗輪枝菌在抗性寄主選擇下，通過Gypsy轉(zhuǎn)座子激發(fā)并選擇有益遺傳突變的進(jìn)化新機(jī)制，為作物黃萎病病原遺傳變異機(jī)理研究和防控靶點(diǎn)鑒定提供理論依據(jù)。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所陳捷胤研究員、張丹丹副研究員，華大基因黃錦群博士為論文共同第一作者，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家戴小楓研究員、美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校Krishna Subbarao教授和美國(guó)農(nóng)業(yè)部西部研究中心Steven Klosterman為論文的共同通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中大麗輪枝菌積累優(yōu)異突變機(jī)制
原文鏈接：
https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-021-01061-w
