河南小麦白粉病菌群体毒性及遗传多样性十年动态研究揭示抗病基因合理利用策略

本研究针对河南小麦白粉病菌(Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt)群体毒性变异问题，通过2011-2020年连续监测915个菌株对31个Pm抗性基因的毒性频率，结合SSR分子标记分析，发现Pm21基因持续有效而Pm2基因毒性显著下降，揭示群体毒性结构稳定但存在区域性基因流差异，为小麦抗病育种和基因布局提供重要依据。

　　

小麦作为我国主要粮食作物，其生产长期受到白粉病的威胁。这种由专化型病原菌Blumeria graminis f. sp. tritici(Bgt)引起的病害，随着矮秆小麦品种的推广和施肥灌溉条件的改善，已成为小麦栽培中最普遍的病害之一。尽管种植抗病品种是最经济有效的防控策略，但病原菌群体通过快速进化常导致抗性基因失效，如Pm8基因的广泛使用已引发相应毒性菌株的扩散。河南作为我国小麦主产区，年种植面积超5.6万平方公里，贡献全国约四分之一的粮食产量，但每年受白粉病危害面积达60万公顷以上。现有栽培品种多数感病，过度依赖化学防治又带来环境和食品安全隐患，这使得系统监测Bgt群体毒性变异、指导抗病基因合理布局变得尤为重要。

为解析河南Bgt群体的演化规律，Wang Junmei等研究人员在《Phytopathology Research》发表了历时十年的系统性研究。研究团队采用离体叶段接种法对2011-2020年采集的915个Bgt单孢分离菌株进行毒性鉴定，测试其对31个Pm抗性基因（包括单基因和基因组合）的毒性表型；选取2020年的118个代表性菌株进行SSR分子标记分析；通过Popgen32、STRUCTURE等软件进行群体遗传结构解析，并计算基因流(Nm)指数。

毒性频率动态变化

研究显示，Bgt群体对Pm3a~Pm3f、Pm4a、Pm4b等基因保持60%以上的高毒性频率，而对Pm21基因十年间未检测到毒性菌株，证实其持续有效性。值得注意的是，对Pm2基因的毒性频率从2011年的90.77%骤降至2020年的0.83%，呈现显著下降趋势。

致病型与毒性复杂度

在检测到的710种致病型中，85.89%为单一出现类型。优势致病型V1,3a,3b...5+6在2015-2017年间集中出现20次，呈现时空聚集性。Nei基因多样性指数（0.1137-0.2480）和Shannon信息指数（0.1745-0.3826）均显示群体遗传多样性较低。

群体遗传结构

2020年SSR分析表明：

1. 1.

   遗传变异主要来自群体内部（94.10%）

2. 2.

   按地理分布形成4个亚群：三门峡-洛阳-郑州组、周口-新乡组、漯河-南阳组、安阳独立组

3. 3.

   群体间存在频繁基因流（Nm>3），但安阳群体交流较弱（Nm:0.405-2.086）

讨论与意义

该研究首次系统揭示了河南Bgt群体"毒性结构稳定但存在区域性分化"的演化特征。Pm21基因的持续有效性提示其可作为核心抗源，而Pm2毒性下降可能与聚合材料中该基因丢失有关。研究发现的地理聚类模式（如安阳群体的独立演化）与太行山系等自然屏障导致的基因流受限相关，这为分区治理提供了依据。

这项历时十年的监测研究不仅建立了河南Bgt毒性数据库，更通过将传统病理学与分子遗传学相结合，为小麦抗病育种提供了三方面指导：优先使用Pm21等稳定抗源、谨慎部署中频毒性基因（如Pm5b）、避免单一基因的长期大面积使用。研究提出的"基于毒性监测和基因流分析的抗性基因布局策略"，对实现小麦病害可持续防控具有重要实践价值。