新疆及中国西北流行区小麦条锈菌群体基因分型揭示高遗传多样性及潜在迁移模式：对病害防控的重要意义

为解决新疆小麦条锈菌（Pst）种群遗传多样性及迁移模式不明，影响病害有效管理的问题，研究人员开展对新疆及邻近省份 Pst 种群的比较群体遗传分析。结果发现该地区 Pst 种群遗传多样性高，存在特定迁移模式。这为病害防控策略制定提供重要依据。

　　在广袤的小麦种植领域，小麦条锈病如同一个隐藏的 “杀手”，时刻威胁着小麦的产量与质量。由小麦条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici，简称 Pst）引发的小麦条锈病，是中国乃至世界范围内小麦生产的大敌。在我国，不同地区的小麦种植环境差异巨大，这也使得小麦条锈病的流行呈现出复杂的态势。

新疆作为我国重要的小麦产区，其小麦条锈病的流行有着独特之处。它是冬小麦、春小麦以及混合种植的区域，小麦条锈病主要发生在中西部和北部地区。在过去的几十年里，小麦条锈病在新疆多次爆发，如 2007 年的大流行，受灾面积高达 159,000 公顷。然而，尽管新疆的小麦条锈病问题备受关注，但目前对于该地区 Pst 种群的了解却十分有限。此前的研究大多局限于病原菌种群的小范围研究，对于 Pst 种群的遗传多样性、不同种群间的迁移情况，以及新疆与邻近省份之间病原菌种群的关系等关键问题，都缺乏深入且全面的认识。这就如同在黑暗中摸索，使得对小麦条锈病的有效防控变得异常困难，无法精准地制定防控策略。

为了打破这一困境，塔里木大学、西北农林科技大学、中国科学院新疆生态与地理研究所的研究人员携手开展了一项深入的研究。他们将目光聚焦于新疆（包括北疆、新疆中西部和东疆）以及邻近省份（甘肃、陕西、宁夏）的 Pst 种群，旨在通过比较种群遗传分析，追溯病原菌的接种源，明确其迁移模式。该研究成果发表在《Phytopathology Research》上，为小麦条锈病的防控带来了新的曙光。

研究人员在这项研究中，运用了多种关键技术方法。首先是样本采集，在 2021 年作物种植季，他们在新疆不同地区及邻近省份的多个地点，精心采集了共计 232 个样本。这些样本是后续研究的基础。接着，利用 CTAB 法提取样本的基因组 DNA，并使用 17 个简单序列重复（SSR）标记进行测序。最后，借助多种群体遗传软件，如 Genetix V4.05、STRUCTURE 2.3.4 等，对原始测序数据进行深度分析，以此来揭示 Pst 种群的遗传多样性、迁移模式和种群细分情况 。

下面来详细看看研究结果：

1. SSR 标记可信度：研究选用的 17 个 SSR 引物中，除 NRJN 12 外，其余 16 个在检测 232 个 Pst 样本时均表现出多态性，这为后续研究提供了可靠的分子标记基础。
2. 重组率和遗传多样性：通过数据分析发现，新疆地区的基因多样性（He）相对甘肃、青海、宁夏和陕西等邻近省份较低。然而，整个中国西北流行区的总体基因型多样性（辛普森指数）却高达 0.98。同时，研究还发现不同流行区的纯合度和杂合度差异不显著，这表明该地区存在重组种群。不过，在新疆中西部流行区，较高的关联指数（Index of Association）和最大等位基因频率，暗示了可能存在一些克隆谱系。
3. 遗传结构和 Pst 种群细分：运用 STRUCTURE 分析程序，研究人员发现总体种群可分为五个聚类组和一个混合种群组。其中，G1 组在新疆中西部占主导，并向新疆东部和北部扩散，还与甘肃、青海、宁夏和陕西等省份有共享，显示出不同省份西北流行区间的迁移模式。G2 组主要集中在新疆中西部，未向其他省份远距离迁移。G3 组在北疆占优势，并与新疆中西部克隆。G4 组具有远距离迁移行为，分布在除新疆东部外的所有流行区。G5 组仅在宁夏缺失。
4. 不同流行区间的遗传分化：通过FST值、Nei's 遗传距离和系统发育树分析发现，新疆流行区中，新疆中西部和东疆之间的分化最小，而北疆和东疆之间的分化最大。在与邻近省份的比较中，新疆中西部与陕西省的FST值最低，新疆东部与青海流行区的FST值最高。此外，甘肃、宁夏、青海和陕西之间的FST值较低，表明这些地区的种群关系密切。
5. 不同地点共享的多位点基因型：在 232 个 Pst 样本中，共鉴定出 159 个多位点基因型（MLGs）。例如，MLG - 138 在新疆中西部流行区普遍存在，并与新疆东部种群克隆；MLG - 61 则表现出远距离迁移模式，在北疆、甘肃、宁夏和青海的流行区都有克隆。这些结果突出了新疆与邻近省份流行区间潜在的迁移模式。
6. 迁移模式：通过分析Nm和GST值评估相对迁移动态，发现新疆中西部和东部地区之间存在高基因流，而新疆与邻近省份之间基因流有限。不过，青海和宁夏、青海和陕西、宁夏和陕西之间的基因流相对较大。

在研究结论和讨论部分，该研究揭示了新疆及中国西北流行区 Pst 种群具有高基因型多样性，总体种群由五个不同的遗传组构成。新疆中西部和东疆之间、青海和甘肃之间存在最大的孢子迁移模式，而新疆与邻近省份之间基因流有限，但仍存在共享的多位点基因型，这表明中国主要小麦种植区之间存在传播 Pst 小种的潜在热点。这一研究结果对于制定有效的小麦条锈病防控策略具有重要意义。一方面，了解 Pst 种群的遗传多样性和迁移模式，有助于预测病害的发生和传播趋势，提前做好防控准备。另一方面，研究发现新疆地区小麦品种的抗性基因与 Pst 种群的相互作用复杂，频繁更换携带不同抗性基因的小麦品种，以及在不同流行区合理部署具有不同抗性基因的小麦品种，对于控制小麦条锈病至关重要。此外，该研究还指出，虽然目前在新疆尚未检测到 Pst 在自然条件下感染易感小檗属植物，但该地区存在适宜 Pst 有性生殖的条件，这意味着该地区有可能出现新的 Pst 小种，需要持续关注和深入研究。

综上所述，这项研究为我们深入了解新疆及中国西北流行区小麦条锈菌的种群特征和迁移规律提供了重要依据，为小麦条锈病的防控策略制定奠定了坚实的理论基础，对保障我国小麦生产安全具有重要的现实意义。