南非西开普省Leptosphaeria maculans的种族结构及其对油菜品种抗性的影响研究

这篇研究通过全基因组分析264株Leptosphaeria maculans（L. maculans）分离株，揭示了南非西开普省黑胫病病原体的种族结构及其对油菜（Brassica napus）抗性基因的适应性。研究发现，AvrLm1（6.44%）、AvrLm4（0.38%）和AvrLm6（36.82%）的低频分布表明病原体已适应广泛使用的Rlm1/LepR3、Rlm4和Rlm6抗性基因，而新近部署的Rlm7对应的AvrLm7（98.86%）仍保持高效。田间试验证实，含Rlm7的品种黑胫病严重度显著降低，为抗性基因轮作和持续监测提供了科学依据。

　　

摘要

黑胫病由真菌病原体Leptosphaeria maculans（L. maculans）引起，是南非西开普省油菜生产的重大威胁。宿主抗性是综合防治的核心策略，但抗性基因的过度使用可能导致失效。本研究通过分析2020-2022年采集的264株L. maculans分离株的全基因组数据，评估了12个无毒力基因（Avr）位点的等位基因型，并结合2021-2023年四个地点的田间试验，评估了商业化油菜品种的抗性表现。

1 引言

黑胫病在全球范围内对油菜生产造成严重损失，宿主抗性因其经济性和环境友好性成为关键防治手段。目前已鉴定22个抗性基因（Rlm1-14、LepR1-6等），其有效性取决于病原体群体中对应Avr基因的频率。L. maculans的高进化潜力导致Avr基因易发生突变，抗性可能迅速失效。南非种植的油菜品种均为澳大利亚品种，含Rlm1、Rlm3、Rlm4、Rlm6、Rlm7和LepR1等基因，但当地病原体群体结构及其对抗性基因的影响尚不明确。

2 材料与方法

2.1 无毒力基因特征分析

通过全基因组测序和in silico PCR技术，从264株分离株中提取12个Avr基因位点的序列，并与已知等位基因比对。表型通过已发表的致病性测试数据推断，考虑AvrLm4-7和AvrLm5-9的双重特异性及AvrLm7的 epistatic效应（即AvrLm7存在时掩盖Rlm3-AvrLm3和Rlm9-AvrLm5-9互作）。

2.2 田间抗性评估

在四个地点进行随机区组设计试验，评估商业化品种的黑胫病严重度指数（DSI）。每品种60株植物按0-5级评分，计算DSI（百分比）。数据通过ANOVA和Tukey检验分析。

3 结果

3.1 无毒力基因特征

AvrLm5（99.2%）、AvrLm7（98.9%）、AvrLm10（99.2%）和AvrLm14（97.7%）频率极高，而AvrLm1（6.4%）、AvrLm4（0.3%）和AvrLm6（36.8%）频率低。AvrLm3和AvrLmS-LepR2位点多样性最高，分别检测到25和33个等位基因。Southern Cape地区AvrLm6频率（47.7%）显著高于Swartland（25.8%）。

3.2 种族结构

16个种族中，Avr-5-7-10-11-14（53.4%）和Avr-5-6-7-10-11-14（30.9%）占主导。AvrLm7的高频率导致98.9%分离株对Rlm3和Rlm9无效。

3.3 品种抗性表现

含Rlm7的品种（如Solstice CL和CC90014）DSI最低。Group C（含Rlm3）和Group BC品种表现优异，可能归因于次要基因抗性。Group F（含Rlm6）品种抗性正被逐步克服。

4 讨论

研究揭示了Rlm7是目前南非唯一有效的抗性基因，但需通过轮作避免其失效。AvrLm7的epistatic效应提示，减少其频率可能恢复Rlm3功能。次要基因抗性对部分品种（如Group C）表现突出。未来需监测上冠层感染对产量的影响，并优化抗性基因管理策略。

致谢

感谢西开普省农业部和斯泰伦博斯大学提供的技术支持，以及墨尔本大学的Angela van de Wouw和Alex Idnurm博士的贡献。

利益冲突

作者声明无利益冲突。