南非小麦锈病分子监测：病原变异与防控策略研究

南非小麦生产长期受叶锈病(Pt)、秆锈病(Pgt)和条锈病(Pst)威胁。研究人员通过年度监测结合分子标记技术，揭示了病原群体遗传结构演变规律，发现外来引入和逐步突变是毒性变异主因，为抗病育种和跨境传播预警提供科学依据。

　　

小麦作为全球主要粮食作物，其生产长期受到三种锈病的严重威胁——由Puccinia triticina（Pt）引起的叶锈病、P. graminis f. sp. tritic（Pgt）导致的秆锈病，以及P. striiformis f. sp. tritici（Pst）引发的条锈病。这些真菌病害不仅造成产量损失，还显著影响籽粒品质。在南非，小麦是仅次于玉米的第二大主食作物，但2023/2024年度仍需进口近200万吨才能满足国内需求。更严峻的是，最新研究表明五种小麦真菌病害在撒哈拉以南非洲可导致高达8.5%的产量损失。面对这一挑战，传统依赖抗性基因（R基因）的防治策略正遭遇瓶颈——病原菌通过突变或基因重组不断产生新的毒性小种，使得单一抗性基因往往在3-5年内失效。

为应对这一难题，南非自由州大学（University of the Free State）植物科学系的研究团队自1980年代起建立了系统的年度锈病监测体系，并于2007年引入分子标记技术，通过微卫星标记和最新开发的MARPLE诊断系统，揭示了南非小麦锈病病原群体的演变规律。这项发表在《South African Journal of Botany》的研究，首次完整绘制了南非三种小麦锈病病原的遗传谱系图，为全球锈病防控提供了重要参考。

研究团队主要采用四种关键技术：微卫星标记基因分型（16-19个位点）、历史标本DNA分析（1906-1945年标本）、MARPLE便携式纳米孔测序（针对250-400个基因组区域），以及基于HYSPLIT模型的气流轨迹模拟。样本来源于南非全境小麦主产区的年度监测网络，并整合了津巴布韦、赞比亚等邻国数据。

研究结果部分：

1. 小麦叶锈病

   通过分析1906-2020年间标本和活体样本，发现南非Pt种群存在5个遗传谱系。其中谱系1（1985年出现）和谱系4（1984年出现）为外来引入，与坦桑尼亚1945年标本PREM35413存在遗传关联。微卫星数据显示群体呈现克隆繁殖特征：低等位基因数（平均2.37）、低基因多样性（0.36）、显著负F_IS值（-0.31）。特别值得注意的是，毒性小种3SA124可能通过体细胞杂交产生，打破了基因型-表型相关性规律（r=0.51, P<0.001）。

2. 小麦秆锈病

   研究揭示了两个主要谱系：谱系1包含Ug99族成员（如2SA88），与东非Ug99几乎相同；谱系2则与1969年澳大利亚小种存在遗传关联。计算机模拟证实，自由州夏季降雨区的孢子可在3天内抵达澳大利亚。针对Cyp51基因测序发现，虽然存在沉默突变，但南非群体对三唑类杀菌剂仍保持敏感。

3. 小麦条锈病

   2018年在津巴布韦首次发现的142E30A+小种，经MARPLE分析证实属于新的PstS1谱系，与英国2013年黑麦草分离株亲缘较近，而与南非原有群体差异显著。

讨论与结论部分强调，这项历时40年的监测研究证实：南非锈病群体变异主要源于外来孢子引入（如东非Ug99）和逐步突变（如获得Sr9h毒性的TTKSF+小种），而非有性重组。研究建立的MARPLE快速诊断系统，可实时检测Avr基因（如AvrSr35、AvrSr50）和杀菌剂靶标基因变异，为抗病品种布局和化学防治提供决策支持。正如诺曼·博洛格所言"秆锈永不眠"，该研究不仅为南非小麦安全生产构筑了技术防线，其揭示的跨大陆传播路径（中非→南非→澳大利亚）更对全球锈病预警具有重要启示意义。