云贵流行区小麦条锈病菌关键接种源区与迁移路径的时空关系解析

本研究针对云贵流行区(YGER)小麦条锈病菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst)的接种源区与迁移路径不明的问题，通过系统调查和群体遗传分析，首次明确了该地区北部中部为关键接种源区，揭示了Pst从北部向西南、南部和东部传播的三条主要迁移路线。研究采用18个Yr单基因鉴别系和SNP芯片技术，对388个菌株进行表型与基因型分析，为区域病害防控提供了重要理论依据。

　　

小麦条锈病是全球小麦生产中最具破坏性的病害之一，由专性寄生真菌小麦条锈病菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst)引起。在中国，该病害已造成九次全国性大流行，累计减产达162万吨。云贵流行区(YGER)作为中国十五个小麦条锈病流行病学区域之一，其独特的生态条件和早熟小麦种植制度使其成为潜在的"病害孵化器"。然而，长期以来关于该区域Pst群体的时空动态及其在更大范围内流行病学中的作用一直存在知识空白。

中国农业科学院植物保护研究所的研究人员通过为期两年的系统研究，首次阐明了YGER内Pst的关键接种源区和迁移网络。研究团队采用多学科交叉方法，结合田间流行病学调查、病原菌群体遗传分析和气象轨迹模拟，揭示了Pst在YGER内的传播规律。

研究主要采用了四种关键技术方法：(1)基于18个Yr单基因鉴别系和8个附加鉴别系的表型分析；(2)基于Pst134E参考基因组的靶向测序基因分型(GBTS)技术；(3)使用STRUCTURE和DAPC等软件的群体遗传结构分析；(4)HYSPLIT-4模型的气流轨迹分析。样本来自2021年10月至2022年12月期间YGER内12个区域的388个Pst分离株。

小麦条锈病在YGER的发生情况
田间调查显示，病害最早于2021年10月28日在云南剑川(区域1)被发现，病叶率高达45%。随后在12月，云南东川(区域3)和四川宁南(区域3)出现严重感染，病田率达100%。时空分析表明，北部YGER的病害发生早且严重，而西南部和东部地区发病较晚且程度较轻，这种梯度变化暗示了病原体从北向南的传播模式。

Pst群体的表型变异
对388个分离株的表型分析鉴定出108个生理小种，其中8个为优势小种(555773、551273等)。值得注意的是，对Yr8毒力的频率在北部中部区域较高，而在北部区域较低，这一特征可作为追踪病原体迁移的分子标记。所有分离株均对Yr5、Yr15和中4保持无毒力，表明这些抗性基因在YGER仍具有持久抗性潜力。

Pst亚群的分配和遗传分化
STRUCTURE分析将388个分离株划分为四个基因型群(绿色、紫色、橙色和蓝色簇)。早期采集的R1(剑川)和R5(四川会理)群体分别形成了独特的基因型群，而R3、R4和R6群体则包含全部四个基因型群，表明这些区域可能是外来菌株与本地群体发生基因交流的"热点"。DAPC分析进一步支持了这种群体结构划分。

多样性与分化分析
北部中部区域(R3、R4)表现出最高的遗传多样性(He>0.28)，再次确认了这些区域作为Pst"基因库"的重要地位。成对F_ST分析显示，R1与R2/R4、R2与R3/R4等群体间无显著遗传分化(P>0.01)，暗示了它们之间密切的传播联系。Mantel检验证实SNP基因型变异与毒力表型变异间存在显著关联(r=0.3551,P=0.044)。

Pst传播路径建模
HYSPLIT轨迹分析显示，2021年11月至2022年4月期间，2500米高度的西南向气流占主导地位。回溯轨迹表明，3月份的气流可将Pst孢子从云南西部携带至贵州东部，这与基因型分析揭示的传播路线高度一致。

研究结论表明，YGER北部中部区域是小麦条锈病的关键接种源区，具有发病早、群体多样性高、祖先成分丰富等特点。病原体主要通过三条路线传播：(1)从区域1(剑川)向区域2(华坪)和区域4(武定等)的直接传播；(2)向区域9(云南澄江等)和区域11(贵州石阡等)的间接传播；(3)从区域5(四川会理)向区域6(贵州纳雍等)的跨省传播。这种传播网络的形成与区域地形和大气环流模式密切相关。

该研究的创新性在于首次系统阐明了YGER内Pst的时空动态，为区域病害预警和防控策略制定提供了科学依据。特别是发现北部中部区域作为"桥梁种群"的重要性，提示应加强对这些区域早期菌源的监测和治理。研究建立的GBTS-SNP分析体系为病原体群体遗传研究提供了高效、低成本的技术方案。这些发现不仅对YGER的病害管理具有指导意义，也为理解中国小麦条锈病大区流行规律提供了新视角。