辣椒炭疽病菌优势种的群体遗传研究

China is the largest chili pepper producing country. However, anthracnose disease causes serious damage to chili production, with yield losses up to 40%. The pathogens causing anthracnose diseases on chili pepper are Colletotrichum spp. Several Colletotrichum species have been reported to infect chili pepper, and they showed significantly different sensitivities to common fungicides. This study aims to monitor pathogenic Colletotrichum populations on chili pepper from southern and northern China. Morphological characters and multi-locus phylogeny will be employed to identify the obtained strains, revealing the species composition and determining the dominant pathogen. Molecular markers will be employed to analyze population structure of the dominant species, gene recombination, genetic variation, private alleles, variation of dominant lineages. Furthermore, it will also be tested that whether genetic differentiation between southern and northern populations among years is present. Based on the aspects above, the population structure and evolutionary rules of dominant species will be revealed. The result from this project is potentially useful for anthracnose disease control on chili pepper and resistance breeding.

中国是世界上最大的辣椒生产国，但生产受到炭疽病的严重影响，最高减产可达40%以上。引起辣椒炭疽病的病原菌是刺盘孢属（Colletotrichum）真菌，其种类较多，且不同种对常见杀菌剂的敏感性存在显著差异。本研究拟连续监测中国南北方两个重要辣椒种植基地的炭疽病菌，通过形态学和系统发育分析，对其进行准确鉴定，明确物种组成和优势物种。对选定的炭疽病菌优势种，利用分子标记，进行群体结构、基因重组、遗传变异度、特有等位基因、优势谱系变化规律等综合分析，揭示辣椒炭疽病菌优势种的群体结构和进化规律。研究结果对辣椒炭疽病的科学防治及抗病育种具有重要意义。

在2015-2018年，从南北方两个采样点武城和清远，连续四年共完成约1600 余份辣椒病害样本的采集工作，分离获得了1071株菌株，其中山东武城688株，广东清远383株。对所有菌株的菌落形态进行了观察和归类，并对其中代表性菌株进行了多基因的系统发育分析，同时结合形态学观察，鉴定出在两个采样点辣椒炭疽病菌的种类共有7种，同时明确了不同年份的优势种。在武城采样点，2015年到2018年，平头炭疽C. truncatum均为优势种群，而在清远采样点，2015-2017年C. truncatum为优势种或者主要种群之一。但2018年整个炭疽病菌种群数量急剧收缩，仅分离得到少量菌株，田间优势病原菌变为间座壳属Diaporthe spp.。. 进一步对优势种C. truncatum在两个采样点在不同年份的遗传多样性进行了分析，结合项目负责人之前发表的数据，在五年的监测时间中，武城和清远两个采样点的C. truncatum种群在多个方面表现出了明显的不同。武城种群保持了稳定的种群大小，而清远种群大小在不断缩小，尤其在2018年其种群已濒临灭绝。同时武城种群和清远种群结构存在明显的遗传分化，各自聚为一组。相比清远种群，武城种群有更多的基因型（200 vs 42）和私有等位基因（24 vs 3），并且武城种群在2018年种群检测到了有性重组，而清远各种群均为无性繁殖。此外两个种群间没有发现相同的基因型，但有少量相近的基因型，同时两个采样点都检测到了连续四年，甚至五年存在的基因型。根据以上结果可以推测，短期内在武城采样点，C. truncatum仍将是重要的病原菌，流行风险较高，而在清远采样点，该菌的流行风险相对较低。. 此外为探究茄科作物上其它病原菌与炭疽病菌在群体遗传多样性上的异同，还对另一种常见的病原菌灰葡萄孢菌Botrytis cinerea进行了研究。结果发现其种群基因型多样性同样很高，并且有两个优势基因型在多个地区不同年份都被检测到，同时有些地区的种群也存在遗传分化。. 综上，本项目的研究结果可以为我国辣椒炭疽病的生产防治和抗病育种提供参考。