Nature Genetics：白粉病菌的无性生殖优势

PanSci泛科学,2013-08-05
 
白粉病是许多严重的植物病害之一，小麦和大麦都遭受这种寄生真菌的危害，每年的作物产量也因此而损失严重。德国科隆（Cologne）植物育种研究所（MaxPlanck Institute for Plant Breeding Research）的大麦白粉病遗传专家保罗．舒兹列菲特（Paul Schulze-Lefert），带领了来自苏黎士大学（UniversityofZurich）的植物学家毕特．凯勒（BeatKeller）和汤玛士．维克（ThomasWicker）团队，对瑞士、英国和以色列的小麦白粉病菌株进行了遗传讯息分析。这些最近发表在「自然遗传学（NatureGenetics）」和《美国国家科学院期刊》（PNAS）的研究结果揭开了寄主和病原菌长期以来的共演化，以及白粉病菌如何以无性生殖达到出乎预料的成功。除此之外，研究结果也为小麦、大麦与白粉病菌交互作用的细节，展开了新的一页。

无性生殖好处多

白粉病菌跟大部分的真菌一样，有两种繁殖方式：进行遗传重组的有性生殖，以及後代遗传性状与亲代完全一致的无性生殖。研究人员强调，这两种生殖方式的优点大相迳庭：「具有致病能力的白粉病菌，好几个世纪才会发生一次成功的有性生殖，其余的时後大部分都是无性生殖。」维克解释。其实这个令人困惑的现象其来有自：为了要感染植物，白粉病菌必须能够成功地抑制植物的防御系统－也就是说，病原菌必须完美地适应宿主植物。「在病原菌和植物宿主的交互作用中，基因重组可能会让病菌产生负面的改变，原本成功致病的病原菌可能因此失去适应植物宿主的能力，或是失去瘫痪植物防御系统的能力。」所以对於已经具有致病能力的病菌来说，无性生殖的後代会拥有亲代的感染能力，换句话说，无性生殖让遗传讯息维持相同，确保了白粉病菌後代的致病能力。舒兹列菲特表示，小麦和大麦白粉病菌的无性生殖後代，比起有性生殖的後代更具竞争力。这种具有优势的无性生殖，是许多寄生真菌的特徵，造成人类香港脚的真菌亦是如此。
有性生殖仍有益处

基因分析的结果让科学家得知白粉病菌在一万年以前（比小麦被驯化还早）就已经是寄生性的病原菌了。尔後发生的所有遗传变异，不论是为了适应新的育种作物，或是病菌的自然突变，都没有使白粉病菌离开这位老主顾。而这正是为什麽有性生殖仍有价值、为什麽白粉病菌偶尔还是要进行比较没有益处的有性生活史。「如果小麦演化出抗病能力，白粉病菌必须有办法去适应，不然就会输掉这场竞赛。」维克解释，「而新的适应只能靠基因重组，也就是有性生殖。」小麦和白粉病菌在演化关系上将永不分离了。

很明确地，白粉病菌的有性生殖和基因重组在这几百万年的演化中，的确发生过几次，而且让後代具有新的致病能力，并成功地感染了新的小麦品系。现在科学家们怀疑，古时候的小麦交易或是新型病原菌兴起的原因之一。
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