揭秘致病疫霉效应子基因 Pi04314 的进化奥秘：温度与信号肽的关键作用

为探究致病疫霉（Phytophthora infestans）效应子基因 Pi04314 进化机制，研究发现其受温度影响且信号肽作用关键，意义重大。

　　在植物与病原体的 “战争” 中，效应子（effector）扮演着至关重要的角色，它是病原体分泌的一类小蛋白，在病原体与植物的对抗性共同进化中发挥关键作用，能调节植物宿主的酶活性、基因表达和细胞信号传导等，从而影响植物的抗病性 。然而，尽管效应子的突变机制和进化过程对于植物病害的可持续管理极为重要，但目前相关知识却十分零散。

致病疫霉作为马铃薯晚疫病的病原体，曾引发 19 世纪爱尔兰马铃薯饥荒，给全球粮食安全和社会经济造成巨大威胁。它能通过分泌效应蛋白抑制马铃薯的防御反应，加重病害程度。Pi04314 是致病疫霉的一种经典 RXLR 效应子，在感染的生物营养阶段强烈上调，可与易感因子相互作用，促进晚疫病的发展。但目前，关于 Pi04314 效应子基因中信号肽的突变机制和进化过程却知之甚少。

为了解开这些谜团，来自闽江学院、南京农业大学、成都师范学院、河南农业大学、江苏省农业科学院以及瑞典农业科学大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Ecology and Evolution》杂志上，为揭示致病疫霉的进化机制提供了重要线索，也为植物病害的防治带来了新的思路。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是样本采集与处理，从中国七个地区的马铃薯田采集致病疫霉样本，并进行分离、纯化和 DNA 提取；二是基因测序，对 Pi04314 基因进行 PCR 扩增和测序；三是多种数据分析，利用相关软件进行序列比对、构建单倍型网络、检测自然选择以及分析信号肽功能等。

研究结果如下：

• 序列变异和空间分布：对 106 个致病疫霉分离株的 Pi04314 基因测序后发现，该基因全长 465 个核苷酸，编码 156 个氨基酸。106 条序列中共有 18 个分离位点，形成 18 种核苷酸单倍型（NHs）。核苷酸多样性在不同地区的群体中有所差异，范围从 0.0011 到 0.0051，总体为 0.0035。单倍型多样性范围是 0.257 - 0.817，总体为 0.665。其中，NH_1 是最主要的单倍型，存在于所有种群中。此外，Pi04314 的核苷酸多样性与采集地点的年平均温度呈二次相关（r=0.817，p=0.047） 。
• 单倍型网络：通过 18 个多态性位点构建的单倍型网络显示，大多数单倍型之间相差 1 - 2 个突变步骤。第二主要的单倍型 NH_3 和 NH_10 与主要单倍型 NH_1 相差 1 个突变步骤，而 NH_8 与 NH_1 相差 4 个突变步骤。来自黑龙江和福建的单倍型与主要单倍型遗传距离较远。
• 信号肽区域变异：Pi04314 的可变位点大多出现在信号肽区域，18 个分离位点中有 14 个位于信号肽区域。18 种核苷酸单倍型编码 14 种氨基酸异构体（AAIs），其中 10 种是由信号肽区域的非同义突变产生的。预测有两种氨基酸异构体 AAI_8 和 AAI_12 会因突变失去信号肽功能，实验也证实了这一点。
• 群体分化与自然选择检测：Pi04314 核苷酸序列的群体分化（FST?）总体为 0.186，显著高于中性 SSR 标记的群体分化（0.074）。同时，检测到显著负的 Tajima’s D（-1.578，p=0.040）和 Fu’s FS（-10.485，p=0.000），表明 Pi04314 基因经历了净化选择（purifying selection） 。

研究结论和讨论部分指出，Pi04314 基因的进化受到自然选择的影响，且与温度相关。信号肽突变可能会影响病原体的致病性，其在病原体的生态适应中可能发挥重要作用。该研究为理解致病疫霉的进化机制提供了新的视角，有助于进一步认识植物与病原体之间的相互作用，为开发更有效的植物病害防治策略奠定了基础。同时，也为后续研究温度对效应子基因进化的影响提供了参考，未来还需要更多实验来验证相关结论。