自然和耕作土壤生境中甘薯长喙壳菌群体遗传多样性及致病性研究

Ceratocystis fimbriata is a soil-borne fungus with a wide geographical distribution, which is a serious pathogen in Southeast and Southwest of China. C. fimbriata is a species of complex, due to its strict host specialization and genetic variability. The aim of this study is to establish a fast and sensitive isolation method from natural and cultivated soil, to detect this fungus being native to China or introduced, to demonstrate the genetic background and relationship with the methods of interfertility tests, phylogenetic analyses and microsatellite diversity, to compare the difference of pathogenicity based on the production of toxic protein of Cerato-platanin (CP) and the expression of cp gene. This study will provide a scientific evidence for the evaluation of the potential risk of C. fimbriata from natural soil to the crops and forests, and for plant diseases prevention and control. It is also verification for the hypothesis that the pathogens causing sweet potato black rot and pomegranate wilt diseases may be members native to China.

甘薯长喙壳菌是习居土壤且寄主广泛的危险病原体，所致病害在我国甘薯产区及东南、西南省区部分作物上均有分布。该菌是庞大复合种，种水平具有严格寄主专化性及遗传变异。本研究拟在预研基础上，以采集自然和耕作生境的土壤为样本，建立土壤中甘薯长喙壳菌快速灵敏分离方法，探明该菌为我国土壤中土著种群及其形态学、生物学和产生挥发性有机化合物等特征；采用交互可孕性检验、系统发育分析和微卫星标记等方法解析其群体遗传多样性，明确各菌群的遗传背景和亲缘关系；研究该菌对我国的寄主和非寄主植物的致病性，比较分析毒蛋白Cerato-platanin（CP）和致病关键基因cp的表达量与菌株致病的关系，阐明我国土壤生境菌株和寄主上分离菌株在遗传背景和致病性等方面的差异。预期结果将为解析和评估我国甘薯黑斑病等可能来自甘薯长喙壳菌土著菌群、自然土壤生境中甘薯长喙壳菌对农林作物的潜在致病性风险及制定病害综合防控策略提供科学依据。

长喙壳属真菌（Ceratocystis）是习居土壤且寄主广泛的植物病原真菌，所致病害在我国甘薯产区及东南、西南省区部分作物上均有分布，近年在我国的发生危害呈加重和蔓延趋势；其在自然和耕作土壤生境中的群体遗传多样性及致病性尚无系统研究。在此前结题的自然科学基金“甘薯长喙壳菌挥发性芳香物质新种类及抑菌防病机制”（编号：31071726；2011-01-01至2013-12-31）基础之上，本研究侧重在四方面开展相关研究取得进展：1）在获得大量不同来源及不同寄主的长喙壳属真菌株基础上，首次系统研究了中国不同寄主来源的长喙壳属真菌群体遗传多样性，明确了我国各菌群的遗传背景和亲缘关系。2）采集获得了大量自然和耕作生境的土壤样本，建立了一种快速、灵敏的从土壤中分离长喙壳属真菌株的方法，明确了我国不同地区土壤中长喙壳属真菌株的遗传背景。3）针对中国云南的芒果枯萎病开展病原及其致病机制研究，通过采集病样、分离鉴定病原菌，明确并首次报道了我国芒果枯萎病害由长喙壳属真菌Ceratocystis manginecans引起。4）建立了一种基于CRISPR/Cas体系的高效的长喙壳属真菌遗传转化方法，明确了cmcp基因是C. manginecans生长发育所必需的，同时在其致病过程中起着关键作用；CmCP蛋白可诱导烟草（Nicotiana tabacum）叶片产生过敏性坏死反应（HR）形成坏死症状。取得的研究结果在国内和国际期刊上发表论文4篇，另两篇投稿国际期刊审稿中；2篇会议摘要；获得中国发明专利1件，2件已受理和审查阶段。这些进展为解析我国长喙壳属真菌株的多样性提供了科学依据，为评估长喙壳属真菌对农林作物的潜在致病性风险及制定病害综合防控策略提供了方法支撑，为指导我国芒果枯萎病害田间防控提供了理论参考，丰富和完善了长喙壳属真菌真菌的遗传转化体系，为长喙壳属真菌的致病机制及其与寄主植物互作研究奠定了基础。