克罗地亚荷兰榆树病菌Ophiostoma novo-ulmi种群动态与温度适应性演变研究

《Microbial Ecology》：Status of Dutch Elm Disease Fungus Ophiostoma novo-ulmi and Assessment of Its Temporal Variability in Croatia

本研究针对荷兰榆树病（DED）病原真菌Ophiostoma novo-ulmi在克罗地亚的种群结构演变展开调查。通过分析coll/cu基因重组、MAT交配型频率及温度生长响应，发现十年间MAT-1型菌株比例显著上升，且其生长速率低于MAT-2型，表明病原群体遗传多样性增强并伴随温度适应性分化。该研究为理解病原进化机制及病害防控提供了关键生态学依据。

　　

荷兰榆树病（Dutch Elm Disease, DED）是全球榆树资源的“隐形杀手”，自20世纪初爆发以来，已导致数百万株榆树死亡。其病原真菌Ophiostoma novo-ulmi凭借高毒力和适应性，逐步取代了早期病原O. ulmi，并分化为两个亚种（subsp. novo-ulmi和subsp. americana）。欧洲作为亚种重叠区，杂交事件频繁，但病原种群动态的长期演变规律尚不明确。克罗地亚地处亚种交汇带，2012年研究已发现杂交菌株，然而十年间种群结构是否进一步演化？交配型比例是否趋近平衡？温度适应性如何变化？这些问题对揭示病原进化方向及病害可持续管理至关重要。

为解析上述问题，研究团队于2021-2022年重访2012年调查的克罗地亚森林站点，采集感染榆树（Ulmus minor、U. laevis和U. glabra）组织，分离O. novo-ulmi菌株。关键技术方法包括：

1. 1.
   基因分型：通过PCR扩增和测序分析coll/cu基因（位于染色体IV和III），区分亚种特异性序列及重组组合；
2. 2.
   交配型鉴定：设计MAT-1和MAT-2特异性引物，结合MAT基因座侧翼序列测序追溯起源；
3. 3.
   温度生长实验：测量菌株在20°C、26°C和30°C下的径向生长速率，评估温度适应性；
4. 4.
   统计与进化分析：使用多样性指数、PERMANOVA和系统发育树解析种群动态。

3.1. 2021-2022年病原种群多样性

共获得107株O. novo-ulmi，主要来自U. minor。coll/cu基因分析显示，21.49%菌株为重组基因型（H1/H2），但亚种novo-ulmi特异性序列仍占主导（77.57%）。交配型检测发现MAT-1比例升至40.2%，且所有站点均存在MAT-1与MAT-2共存，其中伊斯特拉半岛（Istria）比例接近1:1。

3.2. 十年间病原种群演变

对比2012与2021-202年数据，重组coll/cu基因型频率无显著变化（27.12% vs 21.49%, p>0.05），但MAT-1比例从6.28%显著升至38.1%（p<0.01）。例如新卡佩拉站点（Nova Kapela）MAT-1从0%增至43.48%，表明病原群体向性繁殖条件逐步完善。

3.3. MAT-1基因座起源

MAT基因座侧翼序列分析显示，所有MAT-1菌株均携带O. ulmi来源的序列（含35 bp、21 bp和4 bp插入缺失标记），而MAT-2菌株仅存在O. novo-ulmi特有序列变体，证实MAT-1通过种间基因渗入获得。

3.4. 温度生长响应分化

生长实验表明，MAT-2菌株在20°C、26°C和30°C下的平均生长速率均显著高于MAT-1（p<0.05）。2021-2022年菌株在20°C和26°C的生长速率低于2012年菌株，可能与MAT-1比例上升相关。主成分分析（PCA）进一步验证交配型对温度适应性的影响，MAT-2菌株表现出更广的温度响应范围。

结论与意义

本研究首次揭示克罗地亚O. novo-ulmi种群在十年间经历显著遗传结构演变：MAT-1比例上升增强了群体有性繁殖潜力，而温度生长响应的分化提示局部适应性进化。尽管coll/cu重组频率未显著增加，但交配型平衡趋势与温度适应性分化共同驱动病原进化轨迹。成果发表于《Microbial Ecology》，为理解真菌病原在气候变化下的进化动力学提供了关键案例，对制定基于种群遗传监测的榆树病害防控策略具有重要指导价值。