自然选择和遗传漂变在马铃薯致病疫霉重要数量性状进化中的作用

Evolutionary theory postulates that the ability of species to adapt changing environments is dependent on the amount of genetic variation in the ecological traits which are critical for the survival and reproduction of the species. However, the proximate and ultimate causation of genetic variation in ecological traits is poorly understood and often based on anecdotal and non-synthesized information. The proposed research will use the combination of statistical genetics, molecular technology and experimental evolution approach to investigate and contrast patterns of genetic variation at neutral SSR markers and quantitative traits associated species adaptation to understand the evolution and genetic basis of aggressiveness, fungicide resistance and thermal and UV light adaptations in the potato late blight pathogen Phytophthora infestans. Knowledge from this study will be critical for sustainable disease control of main crop disease including potato late blight and therefore, needs a urgent attention.

进化论认为物种对不断变化的生态环境的适应性依赖于群体中与生存和繁殖密切相关的生理生态特征的遗传变异度，该生理生态特征多为多基因控制的数量性状，然而目前对这些数量性状的形成及进化所知甚少。本项目拟以马铃薯致病疫霉为模式，综合统计遗传学、分子生物学和实验进化论的理论和方法，通过比较该病原物SSR位点（FST）和主要数量性状（QST）如致病力、抗药性、耐热性、抗紫外线能力遗传变异的空间分布，探讨病原物数量性状的进化机制及演变规律，为了解病原物演变进程和经济、有效、可持续控制包括马铃薯晚疫病在内的重要作物病害奠定理论和实践基础。

本项目以马铃薯致病疫霉为模式，综合统计遗传学、分子生物学和实验进化论的理论和方法，通过比较该病原物SSR位点（FST）和主要数量性状（QST）如致病力、抗药性、耐热性、抗紫外线能力遗传变异的空间分布，探讨病原物数量性状的进化机制及演变规律。根据SSR结果分析基因型，从不同群体中筛选出不同基因型菌株共140个菌株，进行了耐温试验，探讨了致病疫霉的温度适应性及全球温度变化对致病疫霉群体遗传结构的影响。我们比较了选择中性位点和与温度适应性有关的遗传多样性在群体间的分布，评估自然选择与遗传漂变在致病疫霉适温性进化中的作用。研究发现不同地区的晚疫病菌在温度适应性中存在适应性代价，低温环境有利于选择快速生长的基因，而在高于最适温度的环境条件下，有利于选择生长率低的基因，研究结果证明了全球温度变暖对晚疫病菌的生长率的影响是微效的。比较晚疫病菌群体基于SSR标记位点的群体分化（Fst）和对两种农药的敏感性数量性状的群体分化，结果表明Qst显著低于Fst的值，表明嘧菌酯在马铃薯晚疫病菌抗嘧菌酯和异丙菌胺的进化过程中起负选择作用。Qst和Fst的分析结果表明马铃薯晚疫病菌对异丙菌胺和嘧菌酯都存在很高的生存代价，建议生产实践中将这两种杀菌剂与别的杀菌剂交替或者混合使用，并配合合理的管理，以延长嘧菌酯和异丙菌胺的使用寿命。本项目探讨病原物数量性状的进化机制及演变规律，为了解病原物演变进程和经济、有效、可持续控制包括马铃薯晚疫病在内的重要作物病害奠定理论和实践基础。