北欧春小麦黄斑病流行中ToxA与ToxB的贡献微乎其微：病原效应因子与宿主敏感性的解耦分析

《European Journal of Plant Pathology》：ToxA and ToxB have minimal effect on tan spot epidemics of spring wheat in the Nordics

本研究针对北欧地区春小麦黄斑病（由Pyrenophora tritici-repentis, Ptr引起）的致病机制展开系统研究。通过PCR筛选217株Ptr分离株的效应基因，结合田间试验评估197个小麦基因型对效应因子ToxA和ToxB的敏感性，发现ToxA虽在病原群体中高频率存在（64.5%），但其与宿主敏感性的互作对田间病害严重度影响有限；相反，ToxB敏感性在欧洲小麦种质中意外与较低感病性相关。研究首次揭示北欧地区Ptr群体以产ToxC效应因子为主，为抗病育种提供了新视角。

　　

在北欧地区，春小麦作为重要的粮食与饲料作物，其生产长期受到黄斑病（tan spot）的威胁。这种由真菌Pyrenophora tritici-repentis（Ptr）引起的病害，在免耕农业推广后尤为猖獗，可导致产量损失高达30%。尽管黄斑病的致病机制研究已明确三种坏死营养效应因子（necrotrophic effectors, NEs）——ToxA、ToxB和ToxC在病原-宿主互作中的关键作用，但北欧地区Ptr群体的效应因子分布及其在病害流行中的实际贡献仍属空白。此外，小麦品种对效应因子的敏感性如何影响田间抗性亦不明确。为此，芬兰赫尔辛基大学等机构的研究团队在《European Journal of Plant Pathology》上发表论文，首次系统解析了北欧Ptr群体的效应因子特征及其与春小麦感病性的关联。

研究团队通过多重PCR技术对217株来自北欧及波罗的海地区的Ptr分离株进行ToxA和ToxB基因筛查，并利用小麦鉴别寄主对25株代表性菌株进行毒性表型分析。同时，对197个春小麦基因型进行效应因子敏感性测定，并结合三年两地（芬兰Inkoo和Jokioinen）的田间试验评估病害严重度。关键技术包括：病原菌基因组DNA提取与物种特异性引物验证、效应因子基因的多重PCR扩增、基于离体叶片渗透的宿主敏感性评分，以及田间病害进展阶梯面积（AUDPS）计算与混合模型统计分析。

ToxA和ToxB在北欧Ptr群体中的分布

PCR结果显示，ToxA基因在北欧Ptr群体中广泛存在（64.5%），且在不同年份和国家的分离株中频率波动（如芬兰2004年达77.1%，2021年降至60%），表明该效应因子可能为病原菌提供适应性优势。相反，ToxB基因在所有分离株中均未检出，与欧洲其他地区研究一致，暗示ToxB可能主要存在于小麦起源中心（如北非）。

北欧Ptr菌株的毒性特征

在25株菌株的毒性试验中，21株能在ToxC敏感鉴别寄主‘6B365’上引发典型 chlorosis（褪绿）和坏死症状，说明ToxC效应因子在北欧Ptr群体中占主导地位。值得注意的是，部分菌株的毒性表型与PCR结果不符：3株ToxA阴性菌株仍能在ToxA敏感寄主‘Glenlea’上诱发坏死，而4株ToxA阳性菌株反而无毒性表现。此外，4株ToxB阴性菌株在ToxB鉴别寄主‘6B662’上引起非典型坏死症状，提示可能存在未知效应因子或毒性机制。

春小麦对效应因子的敏感性分布

宿主敏感性检测发现，46.2%的春小麦基因型对ToxA敏感（携带Tsn1敏感等位基因），53.8%为不敏感；23.9%对ToxB敏感（携带Tsc2基因），76.1%不敏感。其中，13个和10个基因型分别对ToxA和ToxB表现出混合敏感性（同一基因型内个体反应不一致），反映了小麦群体遗传背景的复杂性。

效应因子敏感性对田间黄斑病严重度的影响

田间试验表明，ToxA敏感性在欧洲春小麦种质中对病害严重度的解释率极低（Jokioinen试验中边际R²仅0.015），而在非欧洲种质中与较高感病性相关。更意外的是，携带Tsc2的ToxB敏感型欧洲小麦反而表现出较低病害严重度（p=0.0042），这一反直觉现象可能源于Tsc2与未知抗病基因的连锁。相比之下，ToxC的普遍存在凸显其宿主敏感性基因Tsc1在育种中的剔除价值。

本研究首次揭示北欧黄斑病流行主要由ToxC驱动，而非ToxA或ToxB。尽管效应因子敏感性在实验室条件下显著影响病原-宿主互作，但其在田间环境中的贡献被其他遗传背景因素稀释。研究强调，针对已知效应因子的抗性育种虽具可行性，但需结合田间自然感染评价以捕获更复杂的抗性机制。此外，毒性表型与基因型的不匹配提示北欧Ptr群体中存在“非典型”菌株，未来需通过基因组学手段挖掘新效应因子。该成果为北欧春小麦抗病育种提供了关键病原生态学依据，并推动了植物-病原互作在复杂环境中的解耦研究。