新疆兵团垦区棉花大丽轮枝菌群体遗传多样性初步分析.pdfVIP

摘要 大丽轮枝菌（Verticillium dahliae Kleb.）属于典型的土传维管束病原真菌，其引起 的黄萎病是威胁我国棉花生产的头号病害。近年来，随着棉花种植结构调整，新疆已 成为我国第一大主产棉区，2019 年，新疆种植面积占全国76.1% 。其中，新疆生产建 设兵团（以下简称新疆兵团）的植棉面积为87.94 万公顷，占新疆棉花总面积的34.62 ％， 产量占42.33% 。然而，新疆棉区尤其是兵团植棉垦区机械化、常年连作、秸秆还田等 特有的栽培模式，加上种子调运频繁，导致土壤病原物、特别是大丽轮枝菌大量积累， 各种菌系叠加混合，为大丽轮枝菌优势种群传播和种群变异提供了条件，造成近年来 新疆兵团棉花黄萎病频繁爆发且为害日趋严重。因此，为明确新疆兵团棉花大丽轮枝 菌的种群遗传结构及分布特征，本论文于2016 - 2017 年围绕新疆兵团主要棉花种植团 场采集了棉花黄萎病病样并进行大丽轮枝菌分离，通过基因型鉴定及群体遗传结构分 析，取得以下主要研究结论： 1．2016 – 2017 年从9 个师共40 个团分离大丽轮枝菌1877 株，其中2017 年1345 株（占分离菌株总数71.66% ），北疆1158 株（占分离菌株总数61.69% ）；培养表型鉴 定发现分离的菌株中菌核型 （易沉积黑色素）最多，共1131 株 （占60.25% ），其次是 菌丝型，共570 株 （占30.37% ），其余176 株为中间型；结合分离菌株年际和地理分 布信息比较分析发现，年度间及南北疆菌株的培养表型无显著差异。上述结果表明新 疆棉花大丽轮枝菌以菌核型为主。 2 ．基于落叶/非落叶型、生理型（小种）和配子型基因标记，系统开展了分离菌 株的基因型鉴定。检测发现，分离的菌株含有落叶型标记菌株 1094 株 （占58.28% ）， 非落叶型标记703 株 （占37.45% ），其余80 株 （占4.26% ）既不含有落叶型也不含有 非落叶型标记；比较2016 - 2017 年度南北疆落叶型群体比例发现，北疆落叶型菌株比 率分别为81.94%和75.03%、南疆落叶型菌株比率分别为31.76%和28.40% ，表明北疆 的落叶型菌株比例均显著高于南疆；进一步分析发现，年际间相同/近似采样点落叶型 菌株比例呈上升趋势，2017 年分离自三、六和八师的落叶型大丽轮枝菌较2016 年均 增加（5% ）。生理型（小种）检测发现新疆棉区大丽轮枝菌均为2 号生理型（小种）； 配子型分析表明分离的菌株均为 MAT1-2 ，表明其不具有发生有性世代的种群结构基 础。综上研究结果表明，落叶型大丽轮枝菌已成为新疆棉区、特别是北疆地区的优势 种群并快速传播。 3 ．针对分离的病原开展了全基因组重测序工作，鉴定出231,994 个遗传变异，包 括201,986 个SNPs 和30,008 个Indels，其中35,433 个为非同义突变SNPs，为构建大 丽轮枝菌种群遗传变异图谱及基因正选择分析提供了重要的数据支撑。基于群体全基 因组遗传变异首次构建了新疆兵团棉区大丽轮枝菌种群的系统发育树，发现新疆棉花 大丽轮枝菌分化成截然不同的2 个进化分支，2 个极性群体且与落叶型和非落叶型直 接关联且无明显的遗传变异交换，表明新疆兵团棉花大丽轮枝菌仍然以2 个典型的无 I 性系（落叶型和非落叶型）传播。遗传变异及其系统发育树分析还发现少部分菌株独 立于2 个进化分支之外，表明新疆兵团棉花大丽轮枝菌还存在新的无性系或者变异类 型。 综上所述，本论文通过新疆兵团垦区棉花黄萎病为害调查及病原大丽轮枝菌分离 与鉴定，为黄萎病病原学研究提供了重要的数据与菌种资源；通过基因型鉴定及全基 因组遗传变异分析发现，新疆兵团棉区目前仍以2 个截然不同的无性系—落叶型和非 落叶型群体流行传播，且落叶型大丽轮枝菌已成为优势种群并快速传播，这为新疆兵 团棉花大丽轮枝菌种群结构变异与演化及黄萎病防控提供了重要的理论与数据支撑。 关键词：大丽轮枝菌；致病类型；落叶型；遗传变异；种群结构 II Abstract Verticillium dahlia is a typical soil-borne vascular