厦门免费医学论文发表-植物真菌威胁的群体遗传学：来自小麦白粉病的见解
塞尔吉奥·拉托雷
发布时间： 2025 年 5 月 5 日
微生物病原体的群体遗传学研究正在证明进化论的潜力，可以为影响社会的决策提供信息。PLOS Biology 最近对小麦白粉病真菌的研究使用基因组数据来揭示病原体的种群结构并预测其大陆尺度的扩散路线。
引文： Latorre SM （2025） 植物真菌威胁的群体遗传学：来自小麦白粉病的见解。公共科学图书馆生物学23（5）： e3003151。 https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003151
发表： 5月 5， 2025
版权所有： © 2025 Sergio M. Latorre。这是一篇根据知识共享署名许可条款分发的开放获取文章，该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。
资金： 作者没有获得这项工作的具体资金。
利益争夺： 作者已声明不存在相互竞争的利益。
对真菌、细菌和病毒病原体的群体遗传学研究有效地证明了弥合进化论与影响社会的科学决策之间差距的潜力。该领域加速了将基本进化原则转化为不同领域的可行策略，包括医院协议、贸易政策、疫苗接种计划和农业实践。例如，来自群体遗传学的见解为靶向疫苗的开发、优化的抗生素管理和作物病害的管理提供了信息[1]。与此同时，现代大流行病的激增和微生物病原体的迅速扩张，再加上日益可及的技术进步，正在产生大量的经验数据。这些数据挑战并完善了我们对经典进化论的理解，揭示了以前被忽视的病原体适应、传播动力学和宿主-病原体相互作用的细微差别。
真菌微生物病原体是一个典型的案例研究，因为它们对全球粮食安全构成了深刻且不断升级的威胁。这些病原体会导致严重的农作物损失，降低农业生产力，并破坏粮食供应链的稳定，特别是在依赖主食作物的地区。由于它们的重要性，植物病理学家依靠形态学、生理学和毒力标志物作为识别和描述具有农业重要性的病原分支和谱系的快速有效的方法 [2]。这些传统方法无疑有助于制定有效的疾病管理策略，例如培育抗性作物品种和应用有针对性的杀菌剂。
但是，尽管这些方法很有用，但它们也有重要的局限性。传统病原体鉴定中使用的许多标记物都承受着强大的选择压力，这可能导致对病原体多样性和进化的有偏见的解释。毒力标志物就是这种情况，由于宿主-病原体军备竞赛或可能受环境条件影响的形态和生理特性，它们通常会发生快速进化变化，这使得它们无法可靠地推断长期进化趋势 [3]。
为了解决这些限制，现在很明显，将全基因组数据纳入真菌植物病原体的研究中至关重要，因为它涉及不同选择机制下的标记物，包括中性标记物 [4]。已经表明，使用此类基因组信息如何导致识别关键毒力因子，例如效应蛋白，这些因子在宿主-病原体相互作用中起关键作用，或促进病原体种群之间关系的系统发育重建，阐明它们的进化起源和历史以及它们的多样化模式。此外，不同的群体遗传学研究揭示了重组、基因流动、移动遗传元件和杂交在产生遗传多样性和促进新的致病菌株和谱系出现方面的重要性 [5]。
小麦白粉病的病原体 Blumeria graminis forma specialis tritici （Bgt） 体现了使真菌病原体对粮食安全构成威胁的许多特征：（i） 它感染小麦，小麦是世界上种植最广泛的主食作物之一 [6];（ii） 其相对较短的世代时间使其能够迅速积累遗传变异，从而增加其逃避植物抗性机制和产生杀菌剂抗性的潜力;（iii） 其有性繁殖能力进一步增强了遗传多样性，促进了对不断变化的环境条件和控制措施的适应;（iv） 及其产生大量孢子的能力确保了作物中的高人口普查，放大了其在农业系统中的传播、持久性和适应潜力 [7,8]。
现在，在本期的 PLOS Biology 上，Jigisha 及其同事 [9] 最近发表了一篇创新研究文章，利用了包含 415 个 Bgt 分离株的综合全基因组规模数据集。这些分离株是在近四十年的时间里从欧洲和周边地区的各个国家收集的，为病原体种群提供了强大的时间和地理代表性。他们的工作与众不同之处不仅在于数据集的规模和多样性，还在于他们创造性而严谨地应用群体遗传学方法和基因组分析来解决植物病理学中的关键问题。通过检查分离株中基因组多样性的模式，Jigisha 及其同事能够推断出 BGT 流行病学和进化历史的几个关键方面。他们绘制了地理传播路线的范围和方向，揭示了病原体跨地区的移动模式。此外，他们的分析强调了不同地区流行病的关联性，显示了区域性疫情如何相互影响。最后，他们估计了有性和无性繁殖之间的变化，从而提供了对病原体的进化动力学和适应潜力的见解。
Jigisha 及其同事发现，高度互联且遗传同质的种群在北欧占主导地位，而南欧较小、更本地化的种群表现出较少的互连性。这种区域分化突出了环境和生态因素对病原体种群结构的影响。作者优雅地展示了这种种群结构如何与盛行风模式相关联，表明可以利用气象数据来预测这种重要病原体的人口动态和迁移路线。虽然一些病原真菌依赖于替代传播机制，例如媒介、雨水飞溅或与贸易相关的植物材料移动，但这一发现为将气候和天气数据整合到预测模型中开辟了新的途径。这种整合可以改善小麦白粉病管理的早期预警系统和有针对性的干预措施，正如锈菌的具体案例所表明的那样 [10]。
此外，该研究还确定了真菌效应子 AvrPm17 的特异性单倍型，这些单倍型对站立遗传变异进行了选择性扫描。这些单倍型的频率迅速增加，成功地逃避了大陆多个地区的植物抗性机制。这一令人担忧的趋势凸显了病原体快速适应宿主防御的能力，尽管 Btg 种群的整体遗传多样性相对较低，但这一过程可能是由庞大的人口普查种群规模驱动的。这些发现引起了对开发新的抗性小麦品种的迫切关注。
In summary, this work demonstrates how harnessing fine-grained population-level knowledge can provide practical solutions for monitoring, preventing, and facing increasingly common agricultural fungal threats like Bgt.
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