与咖啡锈病相关的真菌 Hemileia vastatrix 以及两种新物种的描述

《Fungal Biology》：Fungi associated with coffee rust Hemileia vastatrix and the description of two new species

咖啡锈病由Hemileia vastatrix引起，威胁全球及墨西哥咖啡生产。本研究从墨西哥恰帕斯、科利马等咖啡锈病发生区采集带孢囊果的叶片，分离出27株拟态Lecanicillium和Verticillium的真菌。经形态与分子分析鉴定出两个新种：Akanthomyces hemiliae-vastatricis和Akanthomyces jabaliensis，并确认Akanthomyces uredinophilus在墨西哥的新国家记录。首次在墨西哥分离到关键生物防治真菌Simplicillium lanosoniveum，为构建本土真菌生物防治体系提供新资源。

　　咖啡叶锈病是由 *Hemileia vastatrix* 引起的一种严重威胁咖啡生产的重要病害，尤其在墨西哥和全球范围内造成了广泛的经济损失。随着对可持续农业实践的重视，研究者们开始探索基于生态系统的控制策略，其中利用具有拮抗作用的真菌作为植物病原体的天然抑制者成为了一个重要的研究方向。这项研究通过在墨西哥的四个州——恰帕斯州、科利马州、纳亚里特州和韦拉克鲁斯州——采集感染咖啡叶锈病的叶片样本，成功分离并鉴定了27种具有潜在生物控制能力的真菌菌株，其中包括 *Lecanicillium* 和 *Verticillium* 属的菌株。进一步的形态学和分子生物学分析揭示了两个新的物种——*Akanthomyces hemiliae-vastatricis* 和 *Akanthomyces jabaliensis*，以及一个在墨西哥尚未记录的 *Akanthomyces uredinophilus*。此外，研究还检测到了 *Simplicillium lanosoniveum*，这是一种已知的咖啡叶锈病重要拮抗菌，进一步突显了咖啡农业生态系统中真菌相互作用的复杂性。

咖啡叶锈病最早于1869年在东非和斯里兰卡被描述，此后逐渐传播至全球范围。这种病害对咖啡种植（尤其是 *Coffea arabica* L.）具有极大的破坏性，导致严重的产量损失。在美洲大陆，咖啡叶锈病于1971年首次在巴西被发现，仅仅十年后就蔓延至墨西哥与危地马拉的边境地区。该病害的传播主要依赖于风、水、动物毛发等自然因素，而其生命周期则始于孢子附着在叶片的下表面并在适宜的湿度和温度（15–28°C）下萌发。孢子侵入植物后，会在叶片内部寄生并吸收营养，随后产生橙色的uredospores，这是感染咖啡植株的典型症状。如果缺乏有效的病害管理措施，咖啡叶锈病可能导致产量损失高达30%至60%。

在墨西哥，咖啡叶锈病的爆发通常依赖于化学杀菌剂的使用，然而，合成杀菌剂的广泛应用带来了诸多环境和健康问题。这不仅增加了农业生产成本，还破坏了农业生态系统，使得长期可持续的生产变得困难。因此，寻找替代性的病害控制方法成为迫切需求。其中，培育抗病品种是一种常见的策略，例如Timor、Oro Azteca、Carchimores、Cuscatleco和Parainema等品种。然而，尽管这些品种具有一定的抗病能力，但在实际应用中仍然显示出不足。因此，探索具有拮抗或致病作用的天然生物控制者成为研究的重点。生物控制剂的使用不仅能够减少化学农药的依赖，还能够保护生物多样性，确保农业生态系统的长期稳定。此外，利用本地物种进行生物控制还可以避免引入外来入侵物种，从而维持有益生物的生态平衡。

真菌在生物控制中的作用尤为突出。例如，*Lecanicillium lecanii*（Zimm.）W. Gams & Zare 与 *Hemileia vastatrix* 之间存在密切的生态联系。该真菌及其性态 *Cordyceps confragosa*（Mains）G.H. Sung, J.M. Sung, Hywel-Jones & Spatafora 被认为是 *Akanthomyces lecanii*（Zimm.）Spatafora, Kepler & B. Shrestha 的同义词，这一结论基于Kepler等人（2017）的系统发育分析，该分析认为 *Akanthomyces* 的命名优先于 *Lecanicillium*。*Akanthomyces lecanii* 是一种已被广泛研究的生物控制剂，具有对咖啡叶锈病的寄生能力和对昆虫的致病能力。同样，*Akanthomyces uredinphilus* P.F. Cannon & P.M. Kirk（≡ *Lecanicillium uredinophilum* M.J. Park, S.B. Hong & H.D. Shin）也展现出这种双重生活方式，并且在美洲的多个国家如哥伦比亚、墨西哥和美国都有分布。*Simplicillium lanosoniveum*（J.F.H. Beyma）Zare & W. Gams 也是与咖啡叶锈病密切相关的真菌之一。

在墨西哥，国家农业健康、安全和农产品质量服务（SENASICA）通过农业植物健康总署（DGSV）实施了针对昆虫害虫的生物控制计划。SENASICA 一直致力于探索具有拮抗、超寄生或致病作用的微生物，以控制植物病原真菌。本研究是在墨西哥咖啡叶锈病高发地区进行的，旨在分离和鉴定与 *Hemileia vastatrix* 有关的真菌菌株。这些菌株将被纳入国家生物控制计划，用于咖啡叶锈病的防控。

在样本采集过程中，研究人员重点调查了咖啡叶锈病感染的叶片。采集的材料包括带有 *Hemileia vastatrix* 菌斑的咖啡叶片，这些叶片上可见白色菌丝，表明可能存在寄生真菌。为了保持样本的纯净，采集的叶片被放置在两层无菌的Kraft纸上，并装入带有地点信息的塑料袋中。样本随后被放入装有冰袋的冷藏箱中，以确保在运输过程中保持适宜的温度。这些调查工作不仅有助于了解咖啡叶锈病的生态特性，还为后续的生物控制策略提供了基础数据。

在形态学和分子生物学分析方面，研究人员从感染 *Hemileia vastatrix* 的叶片中分离出27种真菌菌株。这些菌株在宏观形态上表现出相似性，但在微观形态和分子分析上显示出不同的分类特征。通过进一步的分析，研究人员发现这些菌株主要归属于 *Akanthomyces* 和 *Simplicillium* 两个属。其中，*Akanthomyces hemiliae-vastatricis* 和 *Akanthomyces jabaliensis* 被鉴定为新物种，而 *Akanthomyces uredinophilus* 被认为是墨西哥的新记录。此外，*Simplicillium lanosoniveum* 的检测进一步表明其在咖啡农业生态系统中的重要性。

本研究的结果不仅丰富了对 *Hemileia vastatrix* 相关真菌多样性的理解，还为生物控制策略的制定提供了新的方向。通过引入本地真菌菌株，可以有效控制 *Hemileia vastatrix* 的传播，同时避免对生态环境的破坏。这种基于自然生态系统的防控方法，有助于建立更加可持续的咖啡种植体系，促进农业生产的长期稳定发展。此外，研究还表明，不同地区的咖啡叶锈病可能受到不同真菌的影响，因此，区域性的生物控制策略可能更加有效。

在分析过程中，研究人员特别关注了不同菌株的形态特征和分子特征。通过对菌株的形态学分析，可以观察到其菌丝结构、孢子形态和生长特性。而分子生物学分析则通过DNA测序等技术，确定菌株的分类地位。这两种方法的结合，不仅提高了鉴定的准确性，还为后续的生态研究提供了重要依据。此外，研究还发现，某些菌株在形态上与已知的 *Akanthomyces* 属真菌相似，但在分子分析上显示出不同的基因序列，这表明它们可能是新的物种。

研究还揭示了 *Akanthomyces* 属真菌在不同地区的分布情况。例如，*Akanthomyces hemiliae-vastatricis* 和 *Akanthomyces jabaliensis* 的发现，表明这些真菌可能在特定的生态环境中形成，从而对咖啡叶锈病产生影响。同时，*Akanthomyces uredinophilus* 的存在则进一步说明，某些真菌可能在多个地区共同作用，以控制病害的传播。这种真菌与病原体之间的相互作用，不仅影响了病害的发生和传播，还可能对整个农业生态系统的平衡产生影响。

此外，研究还发现，某些真菌菌株在形态学和分子生物学分析中显示出不同的特性。例如，某些菌株在形态上与 *Akanthomyces lecanii* 相似，但在分子分析中显示出不同的基因序列，这表明它们可能属于不同的分类单元。这种差异可能与环境因素、寄主植物的特性以及真菌自身的适应性有关。因此，进一步的研究需要关注这些差异背后的生态和进化机制，以更好地理解真菌与病原体之间的相互作用。

在讨论部分，研究人员指出，本研究中分离出的真菌菌株具有重要的生态意义。其中，*Akanthomyces hemiliae-vastatricis* 和 *Akanthomyces jabaliensis* 的发现，表明这些真菌可能在特定的生态条件下形成，从而对咖啡叶锈病产生抑制作用。而 *Akanthomyces uredinophilus* 的存在则进一步说明，某些真菌可能在多个地区共同作用，以控制病害的传播。此外，*Simplicillium lanosoniveum* 的检测也表明，其在咖啡农业生态系统中的重要性。这些真菌的共同作用，可能对咖啡叶锈病的防控产生积极影响。

本研究还揭示了真菌与病原体之间的复杂关系。例如，某些真菌可能通过寄生作用直接抑制 *Hemileia vastatrix* 的生长，而另一些真菌可能通过竞争营养或释放抗菌物质间接抑制病原体的繁殖。这种多样的控制机制，使得真菌在生物控制中的应用更加广泛和有效。此外，真菌的适应性可能影响其在不同环境中的生存能力，因此，研究需要关注这些因素对真菌分布和功能的影响。

研究还发现，不同地区的咖啡叶锈病可能受到不同真菌的影响。例如，在某些地区，*Akanthomyces lecanii* 可能是主要的拮抗菌，而在另一些地区，*Akanthomyces uredinophilus* 或 *Simplicillium lanosoniveum* 可能起到更重要的作用。这种地区性的差异可能与气候条件、土壤类型以及咖啡种植的管理方式有关。因此，未来的生物控制策略需要结合这些因素，以制定更加精准和有效的防控措施。

此外，研究还强调了生物控制剂在农业生态系统中的重要性。通过引入本地真菌菌株，不仅可以有效控制病害的传播，还能够维持生态系统的平衡。这种平衡不仅有助于咖啡作物的健康生长，还能够促进其他有益生物的繁衍。因此，生物控制策略的实施，需要充分考虑生态系统的整体性，以确保其长期稳定性和可持续性。

本研究的结果还为未来的真菌分类和生态研究提供了新的方向。例如，*Akanthomyces hemiliae-vastatricis* 和 *Akanthomyces jabaliensis* 的发现，表明真菌的分类可能需要进一步更新，以反映其在不同生态环境中的适应性和功能。同时，*Simplicillium lanosoniveum* 的存在也表明，某些真菌可能在多个地区共同作用，以控制病害的传播。这种多样的真菌分布和功能，使得生物控制策略更加灵活和有效。

研究还指出，真菌的分布可能受到多种因素的影响，包括气候条件、土壤类型、寄主植物的种类以及农业管理方式。因此，未来的真菌研究需要结合这些因素，以更好地理解其在不同环境中的适应性和功能。此外，真菌的基因多样性可能影响其对病原体的抑制能力，因此，研究需要关注基因多样性对生物控制效果的影响。

在作者贡献部分，研究人员详细说明了各自在本研究中的角色。Angélica María Berlanga-Padilla 负责撰写、编辑、方法设计、实验执行、数据分析和概念提出；Gisela Jareth Lino-López 负责撰写、编辑、方法设计、实验执行和数据分析；Miguel Angel Ayala-Zerme?o 负责撰写、编辑、数据可视化、方法设计、实验执行、数据分析和概念提出；Facundo Mu?iz-Paredes 负责撰写、编辑和方法设计；Roberto Montesinos-Matías 负责撰写、编辑和实验执行；Jorge Antonio Sánchez-González 负责撰写、编辑和实验执行。这些贡献表明，本研究是一个团队合作的成果，涵盖了从样本采集到数据分析的各个环节。

在数据可用性部分，研究人员声明所有在本研究中产生的数据都包含在本研究文章中。这意味着，读者可以通过查阅本文获取所有相关数据，包括样本信息、形态学和分子生物学分析结果等。这种数据的公开性，不仅有助于提高研究的透明度，还能够促进其他研究者的进一步研究和应用。

在利益冲突声明部分，研究人员声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本研究的报告。这种声明表明，研究结果的客观性和科学性得到了保障，使得研究的结论更具说服力。此外，这种透明度也有助于提高公众对科学研究的信任。

在致谢部分，研究人员感谢SENASICA和SECIHTI提供的资金支持，以及Ph.D. Rodolfo Salas Linaza对本文的审阅和指导。这些支持和帮助对于本研究的顺利进行至关重要。此外，研究人员还感谢Comités Estatales de Sanidad的工作人员，他们的协助对于样本的采集和分析提供了重要保障。

综上所述，本研究通过在墨西哥的咖啡叶锈病高发地区采集样本，分离并鉴定出多种具有潜在生物控制能力的真菌菌株。这些菌株的发现不仅丰富了对 *Hemileia vastatrix* 相关真菌多样性的理解，还为生物控制策略的制定提供了新的方向。通过引入本地真菌菌株，可以有效控制病害的传播，同时避免对生态环境的破坏。这种基于自然生态系统的防控方法，有助于建立更加可持续的咖啡种植体系，促进农业生产的长期稳定发展。此外，研究还强调了真菌在农业生态系统中的重要性，以及生物控制策略在减少化学农药使用、保护生物多样性方面的优势。这些发现为未来的真菌研究和生物控制实践提供了重要的参考。