中国白锈菌科分子系统学及物种与寄主的演化关系研究

White blister rust is an obligate parasitic pathogen of angiosperms with ancient origin and widespread distribution in the world. Due to the species have complicated association with their hosts, it is an ideal model system for studying plant pathogens, host evolution and species speciation. However, the evolutionary history of Albuginaceae and the coevolution relationship between species and their hosts remain largely unknown. The most extensive sampling of Albuginaceae in China will be conducted in this project. With combining morphological, molecular phylogeny, host range characteristics and evolutionary theory, which will be recommended in order to: 1) describe new species and re-evaluate the previously reported species in China; 2) elucidate the morphological divergence of surface ornamentation of sporangia and oospores; 3) elucidate the phylogenetic relationship of this group and the evolutionary patterns with their hosts. This study will provide a basic knowledge for the origin, evolution, patterns of speciation of Albuginaceae.

白锈菌是具有古老起源世界广布的被子植物专性寄生病原卵菌，因物种与寄主间的寄生关系存在复杂多样性，是研究植物病原菌物与寄主演化及物种形成模型的理想材料。白锈菌科物种的形态特征演化以及与寄主之间的协同进化关系并不清楚。本项目拟在对中国白锈菌科菌物进行大尺度调查采集基础上，结合形态特征、分子系统学分析、寄主范围以及协同系统进化理论，实现以下目标：1）发现并命名新物种，对已报道的白锈菌物种进行重新评价并对分类处理不合理的物种归属进行修订；2）阐明孢子囊表面纹饰以及卵孢子疣突的演化趋势和分化过程；3）阐明白锈菌科物种系统发育关系以及与寄主植物间的演化模式，为揭示白锈菌物种起源与演化机制提供重要基础。

白锈菌是具有古老起源世界广布的被子植物专性寄生病原卵菌，是研究植物病原菌物与寄主演化及物种形成模型的理想材料。项目通过对中国白锈菌科菌物进行广泛采集，借阅国内馆藏白锈菌标本，共获得白锈菌标本160余份。综合形态特征、寄主范围及分子系统学，鉴定出白锈菌物种22种，发现并命名新物种2个；按照白锈菌新分类体系，对分类处理不合理的物种归属进行修订，对所有物种进行重新描述；明确了Albugo、Wilsoniana和Pustula分别为单系群，Wilsoniana和Pustula是经Albugo演化派生；Albugo ipomoeae-panduratea可能为一潜在的独立属，疑似为白锈菌从Albugo演化至Wilsoniana和Pustula的过渡属；阐述了白锈菌的卵孢子表面纹饰由粗疣状突起至成脊网纹状，再到细网纹状演化，孢子囊表面纹饰由稀疏小疣状突起至成脊小疣点突起的形态学演化；寄主植物的寄生性演化是经十字花科Brassicaceae至苋科Amaranthaceae再到菊科Asteraceae，在进化过程中白锈菌与寄主可能存在多次的宿主跃迁，包括Albugo寄生性从Brassicaceae到Fabaceae的宿主演化以及Pustula寄生性从Convolvulaceae到Asteraceae的宿主演化；在田旋花科Convolvulaceae植物上发现了Pustula物种，修订了之前认为Pustula主要寄生于菊科植物的定义，而Convolvulus gortschakovii可能是Albugo向Pustula演化的过渡性寄主植物，物种的宿主跃迁是白锈菌寄主范围扩大和物种分化形成的重要驱动。通过项目的实施，发表 SCI论文 9 篇，培养硕士研究生 1 名；获得省级科技进步奖二等奖 1 项。本研究探讨了低等菌物白锈菌的系统演化以及寄生性演化，为揭示菌物的物种起源与演化提供重要参考。