NC | 全球小麦白粉病基因组分析揭示病原菌传播与历史上人类迁徙和贸易的关联

小麦白粉病菌（Blumeria graminis）是一种引起小麦白粉病的真菌植物病原菌，是危害小麦经济的第八大病害。据估计，每年可造成7.6%-19.9%的产量损失。小麦白粉病菌包含多种由寄主专一性定义的种，例如，小麦白粉病菌（B.g. tritici）专门侵染六倍体（面包）小麦，而B.g. dicocci专门侵染四倍体小麦。长期以来，人类活动一直与病原菌的传播紧密联系，小麦复杂的育种和贸易历史引发了关于小麦病害、适应和与宿主共同进化的问题。

7月26日，Nature Communications杂志在线发表了来自瑞士苏黎世大学植物与微生物学系的Thomas Wicker教授题为“Global genomic analyses of wheat powdery mildew reveal association of pathogen spread with historical human migration and trade”的文章，该研究通过分析全球172个白粉病菌基因组来研究它的传播和进化。研究发现，白粉病在小麦驯化过程中首先出现在新月沃地（中东的一块新月形的肥沃土地），在传播到欧亚大陆后，殖民者把它带到了美洲，并且与未知的病原菌杂交。研究表明，人类推动了病原菌的全球传播，并且病原菌通过杂交迅速进化。

首先，作者对76株菌株进行测序，并将新获得的基因组与已发表数据进行融合，获得了一个包含2475870个高质量的SNP数据集。研究发现有害/高影响突变显示出对稀有等位基因的最大偏见，表明选择阻止了这些SNP在人群中传播。此外，检测到112465个Indels，并且大多是低频的。

为了推断种群细分，作者计算了单个菌株之间的简单错配距离，并进行了主坐标分析(PCoA)。172个菌株的PCoA表现出明显的地理聚集性，并且表明地理来源与分离物之间存在很强的关联。来自欧洲、中亚和新月沃地的种群被紧密聚集在一起，而来自中国、阿根廷、美国和日本的种群则不同。

之后，作者假设风也有可能助于病原菌在大陆之间的传播，因此使用Mantel检验和基于距离的Moran特征向量映射分析(dbMEM)研究了遗传距离和地理距离在全球数据集以及子集中的关联。Mantel检验显示，当使用广泛的数据集时，分离株之间的遗传距离和地理距离之间存在很强的相关性，这表明风不是病原菌传播的主要驱动因素。

为了研究小麦白粉病菌种群的多样性历史，作者调查了不同种群如何随着时间的推移而分化。作者用合并方法（MSMC2）重建了种群大小变异和种群分化时间，此外还计算了可用作种群分化程度近似值的固定指数（FST）。结果表明，大约300-500年前小麦白粉病传入美洲，在地理上与欧洲的白粉病菌隔离开来。

最后，作者分析表明，白粉病从美国传入日本，在那里它再次与来自东亚的菌株杂交，作者认为这是第二次世界大战后日美贸易加强的结果。此外，日本地方小麦和北美小麦品种的重组也推动了来自美国和日本的病原菌杂交。

总而言之，该研究显示了人类是如何充当小麦白粉病菌传播的主要媒介，以及病原菌如何通过杂交迅速适应新的宿主。研究表明，人类迁徙和贸易是小麦白粉病菌传播的主要驱动力。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-31975-0

转自：植物生物技术Pbj

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