赭曲霉毒素A（OTA）的产生及其在博茨瓦纳南部玉米田中引起穗腐病的黑曲霉（Aspergillus niger）分离株的遗传结构

《The Microbe》：Ochratoxin A (OTA) production and genetic structure of Aspergillus niger isolates causing ear rot in maize fields of Southern Botswana

玉米穗腐病致病菌Aspergillus niger在Botswana南部的遗传多样性及奥克洛托菌素A（OTA）生产能力研究，通过ITS测序、ANPKS引物PCR及结构分析发现三地菌株遗传分化显著，71.4%菌株具有OTA生产能力，提示遗传多样性影响致病性及抗真菌剂敏感性，需进一步分子机制研究。

　　在南部非洲地区，尤其是博茨瓦纳，玉米是重要的主食作物之一，其年需求量超过10,000吨。然而，由于气候变化和农业管理因素，博茨瓦纳的玉米产量远低于国内需求。这种供需不平衡不仅影响粮食安全，也导致了玉米作物受到多种病原体的侵害，其中包括真菌和昆虫。在这些病原体中，真菌被认为是玉米减产的主要原因之一，尤其是在储存过程中，真菌感染可能导致高达80%的损失。此外，某些真菌还能产生对人体和牲畜有害的真菌毒素，这些毒素可能对健康构成严重威胁。

本研究聚焦于博茨瓦纳南部三个玉米单作田（Ramotswa、Ramaphate和Kopong）中与玉米穗腐病相关的真菌种类，尤其是Aspergillus niger。A. niger是一种广泛分布的真菌，常与玉米穗腐病相关，并且能够产生Ochratoxin A（OTA），这是一种具有潜在毒性的次级代谢产物，可能对食品安全和人类健康造成影响。研究发现，在这三个田地中，A. niger占所有玉米穗腐病样本的64%。其中，Ramotswa地区的A. niger感染率最高，达到71.2%，而Ramaphate和Kopong分别为59.7%和61.5%。虽然这些感染率在不同地区之间存在差异，但并未达到统计学意义上的显著性水平。

研究还通过薄层色谱法（TLC）和ANPKS引物对检测了A. niger的OTA生产能力。结果显示，71.4%的菌株具有潜在的OTA产生能力，而28.6%则不具备。尽管TLC和PCR检测方法在某些情况下可能略有差异，但总体而言，两者在评估OTA生产能力方面结果一致。进一步的分子分析，如ITS基因序列的UPGMA聚类、主成分分析（PCA）和贝叶斯聚类分析，揭示了Ramotswa地区的菌株与Kopong和Ramaphate地区的菌株在遗传上存在显著差异。这种差异可能暗示着A. niger在博茨瓦纳的自然种群中存在亚种群分化，甚至可能产生新的亚种或杂交类型。

研究还发现，某些A. niger菌株可能是杂交体，这为未来利用机器学习算法进行分类提供了可能性。例如，Kernel-SVM（支持向量机）被用作主要分类器，而Grid search和XGBoost（极端梯度提升）则用于寻找最佳模型。这些技术的应用有助于更精确地识别具有不同毒性和遗传特征的菌株，从而为病害防控提供科学依据。

在分析遗传多样性时，研究团队采用了多种方法，包括分子方差分析（AMOVA）和结构分析（STRUCTURE）。AMOVA结果显示，Ramotswa与Ramaphate之间的分子变异最大，达到了36%，而Ramotswa与Kopong之间的分子变异为26%。相比之下，Ramaphate与Kopong之间的分子变异仅为5%，并且不具有统计学显著性。这表明，尽管三个地区都存在A. niger的感染，但其遗传结构在不同区域之间存在明显差异。STRUCTURE分析进一步揭示了可能存在三种不同的遗传类型，以及两种杂交形式和混合基因型。这些发现不仅加深了对A. niger种群结构的理解，也为未来的病害管理策略提供了新的思路。

研究还发现，A. niger的遗传多样性可能与该地区特有的农业实践和环境条件有关。例如，通过使用不同的引物对和检测方法，研究团队能够识别出具有不同毒性和遗传特征的菌株。这种多样性可能源于自然选择、基因重组或偶然的遗传漂变。此外，研究团队还注意到，A. niger的基因型多样性可能与人为干预有关，如害虫防治措施和玉米种植方式的改变，这些都可能影响真菌的传播和进化。

本研究的意义在于，它为博茨瓦纳的玉米穗腐病防控提供了重要的科学依据。首先，通过分子方法对A. niger的毒性和遗传特征进行鉴定，有助于更准确地评估其对食品安全和公共健康的影响。其次，研究结果表明，A. niger在不同地区之间存在显著的遗传差异，这可能意味着在不同区域采取针对性的防控措施是必要的。例如，某些地区可能需要更严格的农药使用或更频繁的田间监测，以防止病害的扩散和真菌毒素的产生。

此外，研究团队还提出了一种基于机器学习的模型，用于检测A. niger的杂交类型。这种模型的建立不仅提高了检测的准确性，也为未来的病害预警系统提供了技术支持。通过结合TLC和基因检测技术，研究团队能够更全面地了解A. niger的分布和毒性特征，从而制定更有效的防控策略。

本研究的结果还表明，A. niger在博茨瓦纳的自然种群中可能具有一定的性繁殖能力，尽管它通常被认为是无性繁殖的真菌。这种性繁殖能力可能解释了其在不同地区之间出现的高遗传多样性。研究团队认为，这种性繁殖可能与某些隐性基因型有关，这些基因型在特定条件下能够促进真菌的繁殖和传播。

综上所述，本研究通过多种方法对博茨瓦纳南部三个玉米田中的A. niger进行了全面分析，揭示了其在玉米穗腐病中的重要性以及在不同地区的遗传差异。这些发现不仅有助于理解A. niger的生态学和进化机制，也为制定针对性的病害防控措施提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索A. niger的性繁殖机制和基因型多样性，以期更深入地了解其对玉米生产和食品安全的影响。