真菌病害稻瘟病可造成水稻與小麥等作物減產，嚴重威脅全球的糧食生產安全。一般認為，侵染水稻的稻瘟病菌可能是由原本寄生狗尾草的病原菌跨物種跳躍而來。目前，侵染水稻的稻瘟病菌主要分為3個前進演化支，其中前進演化支2和3是全球稻區主要流行的菌株，分別偏好侵染秈稻和粳稻。近期研究表明，稻瘟病菌的有性重組以及與有性相伴生的超突變(repeat induced point mutation, RIP)是驅動其成功宿主跳躍的主要因素。但重組和超突變是一把雙刃劍，頻繁的有性生殖(sexual reproduction)會破壞其寄生特定物種時穩定的遺傳結構。因此，對於病原菌而言，一旦成功寄生，減少有性生殖是其逃避快速變異、穩定群體結構的有效方式。實際上，科學家在田間並未觀察到稻瘟病菌的有性生殖過程，而且在實驗室條件下，前進演化支2和3的菌株雜交也無法產生有性後代。那麽，在自然條件下，前進演化支2和3是否真的不存在有性生殖？能否透過遺傳學特征進行證明？如果確實存在有性生殖減弱或遺失，在選擇壓力減弱的情況下，其與有性生殖相關的一些遺傳特征(如重組、RIP等)又如何演化？
2024年3月13日， Journal of Genetics and Genomics 線上發表南京大學 楊四海 / 王龍 教授團隊題為「Recombination and repeat-induced point mutation landscapes reveal trade-offs between the sexual and asexual cycles of Magnaporthe oryzae 」的研究論文。 該研究揭示了水稻稻瘟病菌在傳播過程中存在有效能力及有性特征減弱的現象 ， 為深入了解稻瘟病菌的擴散及適應力前進演化機制提供了新的線索 。
該研究透過檢測基因組中RIP遺跡，證實了水稻來源稻瘟病菌的主要流行株系遺失了有性生殖方式；進一步的實驗揭示了與有性過程相關的一些遺傳特征(如重組率及RIP強度等)出現了減弱的現象，這可能是選擇壓松弛的結果；研究還發現，稻區主要流行的前進演化支2和3內所有的菌株都共享特定的RIP事件，表明這兩個前進演化支可能具有共同的祖先與相同的起源地，在有性生殖遺失的同時，這兩支從其它演化支中脫穎而出並在全球稻區擴散。
稻瘟病菌重組與RIP突變特征
A ：稻瘟病菌中不同分支檢測到的RIP事件數量。稻區主要流行的前進演化支2和3存在所有菌株共享或單一前進演化支所有菌株共享的RIP事件； B ：各前進演化支的RIP事件頻率； C ：四個雜交親本菌株的遺傳多樣性關系； D ：四個雜交組合的交換率評估； E ：透過人工雜交的方式，直接檢測四個雜交組合各前進演化支的RIP突變數量。
作者簡介
南京大學生命科學學院博士研究生 宗西方 與碩士研究生 樓雅欣 為該論文共同第一作者。 楊四海 教授與 王龍 教授為共同通訊作者。相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委等計畫資助。
參照本文
Xifang Zong, Yaxin Lou, Mengshuang Xia, Kunyang Zhao, Jingxuan Chen, Ju Huang, Sihai Yang, Long Wang. (2024). Recombination and repeat-induced point mutation landscapes reveal trade-offs between the sexual and asexual cycles of Magnaporthe oryzae . Journal of Genetics and Genomics .
DOI ： 10.1016/j.jgg.2024.03.003
植物科學最前沿，專註於植物科學前沿進展、 資訊、 招聘資訊的釋出及方法軟體共享等 zwkxqy ；
