中国五省小麦叶锈菌群体的分子遗传结构研究

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小麦叶锈病是由Puccmia triticina引起的一种气传性真菌病害,在三种小麦锈病中分布最广、发病最为普遍,有时造成的产量损失比小麦条锈病和小麦秆锈病更为严重,危害全球小麦生产。本研究通过SNP分子标记技术,应用DnaSP5.0、Arlequin3.11、Structure2.3.4等软件分析2013-2015年河南、陕西、四川、湖北和甘肃的小麦叶锈菌多个基因的变异位点,探究我国小麦叶锈菌的分子群体遗传结构和进化历程,为小麦叶锈菌的综合治理提供依据。研究结果表明:  五个基因分别为28S核糖体DNA(28S rDNA,28S ribosomal DNA),基因间隔序列DNA(IGS rDNA,Intergenic spacer region ribosomal DNA),RNA聚合酶Ⅱ的第二大亚基(RPB2,the second largest RNA polymerase subunit),延伸因子(EF-1α,elongation factor-1α)和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH,glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),拼接序列总长度为4885bp,共发现14个简约信息位点,其中4个为颠换位点,10个为转换位点。五个省份的叶锈菌群体共发现42个单倍型,H1为五个地区的共享单倍型。多态性分析发现,小麦叶锈菌群体的遗传多态性丰富,具有单倍型多样性高,核苷酸多样性低的特点,且各群体间差异不大。  遗传分化固定系数(Fst)表明,除河南和甘肃,河南和四川群体间的遗传分化差异不显著外,其他群体间的遗传分化差异显著(P<0.05),其中,湖北和陕西样品之间的遗传分化程度最高。基因流(Nm)分析发现,五个省份的叶锈菌群体间均存在基因交流,其中甘肃与河南群体、四川与河南、四川与甘肃群体间基因交流最为频繁。单倍型分析发现,共享单倍型分布广,说明不同地区间菌源存在迁移。稀有单倍型的出现,表明群体间存在遗传分化现象。所以,我国的小麦叶锈菌群体既存在着菌源的远距离传播,也存在着独立进化。  Structure软件和Hudson程序在预测叶锈菌的种群结构时,发现五个地区的小麦叶锈菌群体可以划分为两个区组,分别为陕、甘、川、豫群体和湖北群体。单倍型网络进化分析同样发现,五个省区小麦叶锈菌的单倍型中,湖北群体与其他四个群体的进化方向存在显著差别。分子方差分析显示,叶锈菌群体间存在着遗传变异,其中群体内变异百分比高达87.45%,表明群体内遗传变异为变异主要来源。  单倍型网络进化图分析发现,一些共享的祖先单倍型(H1,H38),分布范围广,在群体进化过程中较为稳定,说明我国小麦叶锈菌可能具有共同起源。中性检验分析发现,核酸错配分布图呈现单峰,中性参数Fus Fs显著地小于零,而其他参数均无显著性,说明种群可能存在扩张,同时,单倍型多样性和低核苷酸多样性同样暗示着种群经历了迅速的扩张。
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