西南地区西瓜蔓枯病菌群体遗传结构研究

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西瓜是我国重要的经济作物之一,西瓜蔓枯病的爆发严重影响其产量,造成严重经济损失。研究该病菌的多态性,了解其遗传多样性和地理种群的遗传结构,有利于对病害进行防治与预报。已有研究表明,西瓜蔓枯病菌是由Stagonosporopsis属的亲缘关系相近但形态学不可区分的三个种引起:S.cucurbitacearum,S.caricae和S.citrulli。本文利用三重PCR对西南地区7个区县的西瓜蔓枯病菌进行了种的鉴定,了解该地区西瓜蔓枯病菌的分布情况。再利用简单序列重复区间(Inter-simple sequence repeats,ISSR)分子标记,将不同地理、不同年份、不同西瓜生育期三因素结合起来,对234株西瓜蔓枯病菌S.citrulli菌株进行了遗传多样性分析,深入了解该病菌的种群生物学,研究结果为病害预测预报提供理论依据。主要研究结果如下:1、西南地区西瓜蔓枯病病原菌的种类鉴定及分布西瓜蔓枯病主要由S.cucurbitacearum,S.caricae和S.citrulli三个种造成,为了清楚这三个种在西南地区的分布情况,本试验利用三重PCR对西南地区274株西瓜蔓枯病菌进行鉴定。鉴定结果表明西南地区西瓜蔓枯病有S.caricae和S.citrulli两个种,S.citrulli有234株,占总比例的84.17%,是优势种,其余40株为S.caricae,占15.83%,西南地区未发现S.cucurbitacearum。对S.caricae和S.citrulli进行了生物学特性分析,在菌落菌丝形态、分生孢子形态,生长速率及分生孢子产孢量和产孢速率等方面,均未发现显著差异。2、西南地区西瓜蔓枯病菌Stagonosporopsis citrulli的地理种群遗传结构利用12条高多态性的ISSR引物对234株西瓜蔓枯病菌S.citrulli菌株进行遗传多样性分析,共扩增出142个位点,其中多态性位点119个,每条引物平均多态位点9.9个,平均多态百分率83.80%,多态性丰富。每条引物能扩增出816条条带,扩增片段大小大部分在3004000 bp,说明西南地区西瓜蔓枯病菌个体间存在一定的遗传差异。利用NTYSYSpc 2.10e软件得到系统聚类图,遗传相似系数在0.670.92之间。将遗传相似系数取值为0.724,这些S.citrulli菌株可以被划分为8个ISSR类群:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ。其中大多数菌株都分布在第Ⅷ类,共216株,占总数的94.01%。第Ⅷ类包含了所有地理来源的菌株,进一步将遗传系数取值为0.745,第Ⅷ类菌株又可以被分成三个小亚群,第3个小亚群只有永川地区菌株,其他小亚群中,同一地理来源的菌株也基本聚在一起,说明同一地理来源的菌株的遗传结构表现出相似性。为进一步了解西南地区西瓜蔓枯病菌地理种群的遗传结构差异,按照采样地点将234株西瓜蔓枯病S.citrulli菌株分成永川(YC)、合川(HC)、泸州(LZ)、荣昌(RC)、武隆(WL)、北碚(BB)、息烽(XF)七个地理种群,研究其遗传多样性相关系数。用遗传多样度指数(h)和香农指数(I)来衡量种群内的遗传丰富度,结果表明北碚群体遗传多样性最丰富,h和I指数最高,分别为0.2542和0.3891,泸州的遗传丰富度最低,h和I分别为0.1531和0.2305。其他地理种群的遗传丰富度排序依次为北碚种群>武隆种群>永川种群>息烽种群>合川种群>荣昌种群>泸洲种群。遗传距离和遗传相似系数是衡量种群间亲缘关系远近的参数,这7个地理种群间遗传距离最大的是北碚和泸州为0.1164,说明北碚和泸州种群间亲缘关系最远;遗传距离最小的是荣昌和泸州为0.0382,说明荣昌和泸州种群的亲缘关系最近。西南地区7个地理种群间遗传分化系数(Gst)和基因流(Nm)分别为0.1848和2.2061,说明这些地理种群之间的遗传分化程度较低,基因交流频繁。3、西瓜蔓枯病菌种群遗传多样性随时间的变异上述研究明确了西南地区西瓜蔓枯病菌各地理种群的遗传差异,表明空间隔离对种群遗传结构有一定影响,为了进一步了解西瓜蔓枯病菌S.citrulli种群遗传多样性随时间的变异,分别研究永川西瓜四个生育期的种群、武隆四个年份种群、北碚三个年份种群的遗传多样性。结果表明:永川的四个西瓜生育期种群间的遗传指数数值接近,基因多样度指数h在0.15540.1737之间,数值都较小,没有显著差异,种群遗传多样性未随生育期发生变化;武隆地区在2016年种群的h和香农指数I都最高,分别为0.2055和0.3083,这四个年份种群的遗传多样性丰富度排序为2016年种群>2014年种群>2017年种群>2015年种群,种群遗传多样性未随时间发生规律变异;北碚地区2015年的种群遗传多样性最丰富,h为0.2061,2017年种群遗传丰富度最低,h为0.1607,2015年与2017年的遗传距离最远为0.1511,2015年2016年遗传距离最近为0.0663,说明北碚种群遗传多样性随时间产生了变异,随时间增加,出现了一定的遗传分化,菌株间亲缘关系变远,遗传丰富度降低。4、西南地区西瓜蔓枯病菌Stagonosporopsis citrulli不同ISSR类群生物学特性上述研究将西南地区西瓜蔓枯病菌S.citrulli聚类成8个ISSR类群,进一步研究各ISSR类群的生物学特性差异得知:不同ISSR类群的生长速率、对温度和酸碱度的适应性、孢子萌发速率等生物学特性并没有显著性差异;不同ISSR类群间的致病力、产孢能力具有一定的差异:类群Ⅱ与类群Ⅲ产孢能力与其它类群达到显著差异水平,类群Ⅱ孢子数最少,仅3.57×106±0.25个/mL,类群Ⅲ孢子数最多为6.47×106±1.74个/mL,其它类群产孢量在4.43×106±0.19个/mL5.77×106±0.92个/mL之间;类群Ⅳ致病力最弱,病斑平均大小仅(4.60±0.66)cm2,与类群Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ的致病力存在显著差异,与第Ⅰ类群和第Ⅶ类群的致病力无显著差异;其余类群菌株之间无显著差异,平均病斑面积在(5.61±1.25)cm27.10±0.42cm2之间。综上,本研究首先对西南地区西瓜蔓枯病菌进行了种的鉴定,了解该地区西瓜蔓枯病菌种类的分布情况,随后利用ISSR分子标记技术对西南地区西瓜蔓枯病菌主要种进行了遗传多样性分析,从空间和时间上对西瓜蔓枯病菌进行遗传学分析,明确了西南地区西瓜蔓枯病菌的群体遗传结构。
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