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为探究大豆锈病菌（Phakopsora pachyrhizi）进化模式、种群结构及交配系统，研究人员对全球 45 个菌株全基因组测序分析。结果发现两大进化谱系，Pp1 遗传多样性高，Pp2 呈克隆结构，还支持其可能的四极性交配系统，为理解病菌进化提供新视角。
在大豆的种植过程中，有一种 “神秘杀手” 一直威胁着大豆的健康生长，它就是大豆锈病菌（
Phakopsora pachyrhizi）。这是一种专性寄生的锈菌，能感染包括大豆在内的约 150 种豆科植物，是亚洲大豆锈病（ASR）的病原体 。亚洲大豆锈病对大豆生产的打击是毁灭性的，在南美洲，由于当地适宜的环境条件，这种病害尤为猖獗。一旦防治不当，大豆的产量损失可达 80%，患病的大豆叶片上会出现灰棕色的病斑，早早地衰老枯萎。
面对这样严峻的问题，科研人员迫切需要深入了解大豆锈病菌的奥秘。此前，虽然对它的传播路径等有了一些认识，但对于其进化力量和生殖机制在塑造遗传多样性和致病性方面的具体作用，还知之甚少。而且，它的性周期完全未知，性重组对其多样性的影响也不明确，这就像在迷雾中摸索，给防治工作带来极大困难。
为了驱散这片迷雾，来自多个研究机构的科研人员展开了深入研究。美国能源部联合基因组研究所、巴西农业研究公司（EMBRAPA）等机构的研究人员，对 1972 年至 2017 年间从全球不同地理区域收集的 45 个P. pachyrhizi菌株进行研究。
研究人员用到的关键技术方法主要有：利用 Illumina 测序平台对 42 个不同菌株进行全基因组重测序；将菌株短读序列映射到 UFV02 v2.1 参考基因组来识别单核苷酸多态性（SNP）；通过系统发育重建和群体基因组学方法分析遗传多样性分布模式；对P. pachyrhizi的交配型（MAT）基因进行计算机功能注释，并研究其在病菌与大豆宿主互作过程中的表达谱；进行表型实验评估菌株对含有抗P. pachyrhizi基因（Rpp1 - Rpp7）的不同大豆基因型的毒力水平 。
在研究结果方面：
- 两大进化谱系：通过全基因组重测序数据，研究发现P. pachyrhizi存在两个不同的进化谱系。谱系 Pp1 包含 1972 年至 1994 年收集的菌株，谱系 Pp2 则由较新收集的菌株组成。Pp1 谱系的遗传多样性较高，而 Pp2 谱系呈现出很强的克隆遗传结构，遗传多样性显著较低。这表明病菌在进化过程中出现了明显的分化，不同时期的菌株具有不同的遗传特征。
- 遗传混合现象：两个独立菌株（TW72–1 和 AU79–1）表现出中等程度的遗传混合，暗示了两个谱系之间可能存在体细胞杂交。这一发现为病菌的遗传交流方式提供了新线索，说明不同谱系的病菌之间并非完全孤立，可能存在基因交流，进而影响病菌的进化和传播。
- 毒力与进化关系：研究观察到P. pachyrhizi菌株的毒力水平与其系统发育模式之间没有明显的一致性。这意味着不能简单地根据病菌的进化关系来推断其对大豆的致病性，增加了防治工作的复杂性，但也为后续研究提出了新的方向。
- 交配系统推断：研究结果支持P. pachyrhizi可能存在四极性交配系统，并且多个MAT基因在大豆感染后期高表达，推测其可能在病菌生活史中夏孢子形成过程中发挥作用。这对于理解病菌的繁殖机制具有重要意义，为进一步研究病菌的传播和进化提供了关键信息。
研究结论和讨论部分指出，该研究在基因组水平上揭示了P. pachyrhizi的进化模式和种群结构，为深入了解病菌的进化历史提供了新视角。明确病菌的进化谱系和遗传特征，有助于预测病菌的传播趋势和变异方向，为制定更有效的防治策略提供科学依据。对交配系统的研究，为从生殖层面阻断病菌传播提供了理论基础。这一研究成果发表在《Fungal Genetics and Biology》上，对推动大豆锈病防治领域的发展具有重要意义，有望为大豆产业的健康发展保驾护航。
