全球条锈菌分离株高温适应性初始侵染性状的可塑性研究

本研究揭示了小麦条锈菌（Puccinia striiformis）在全球气候变暖背景下的高温适应机制。通过分析56个代表性菌株的夏孢子萌发率（GR）和相对侵染效率（RIE），发现喜马拉雅多样性中心菌株表现出超越高温适应谱系PstS1/S2的高温适应性，且该特性与采样地温度显著相关。研究强调了遗传多样性与温度响应可塑性对预测流行病传播的重要性，为全球小麦病害防控提供关键生态进化依据。

　　

Highlight

全球代表性条锈菌分离株在高温条件下初始侵染性状的可塑性表现

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菌株选择

通过夏孢子萌发和侵染效率评估了56个代表全球六大地理来源及遗传群组的条锈菌分离株（基于Ali等2014a, 2010研究）的高温适应性。菌株筛选综合考虑了地理区域、遗传群组和采样地热条件（低/中/高三个类别），从3000多份菌株库中精选而出。

全球代表性菌株温度响应的整体变异性

对全球代表性条锈菌分离株的夏孢子萌发分析显示，温度与地理起源存在极显著交互效应（附表S1）。不同露室中独立重复实验证实了结果的可重复性（图S2）。在8°C最适温度下，所有菌株萌发率基本一致，无显著群体间差异；20°C时出现明显分化，喜马拉雅地区菌株保持较高萌发率；25°C高温下，多数温带菌株萌发受抑，而亚洲多样性中心菌株仍维持较高活性。感染效率试验进一步验证了这种地理适应性模式，中东地区菌株表现出更广泛的温度响应范围。

讨论

我们的研究首次在全球尺度揭示了小麦条锈菌高温响应变异性。通过夏孢子萌发和侵染效率（病原菌侵袭性的基础组分）评估发现，高温响应变异反映了病原菌在气候变暖背景下适应传播的潜力。遗传多样性丰富的亚洲种群（尼泊尔、巴基斯坦）展现出超越已知高温适应谱系PstS1/S2的耐热性，这种特性与当地气候温度显著相关，证明为对本地环境的适应性进化。中东种群则显示出更丰富的温度响应可塑性，暗示该地区可能是高温适应菌株的潜在进化中心。

结论

本研究不仅为病原菌生态学和群体生物学提供了科学见解，更有助于制定更好的作物保护策略。例如，种植对现有小种具抗性但对入侵小种敏感的品种，可能导致适应性菌株被选择并流行——这已被全球非典型条锈菌分离株的传播所证实。因此，高温适应菌株从多样性中心向温带地区的潜在扩张，需纳入未来病害预警模型。研究结果强调，在气候变暖背景下，追踪病原菌遗传变异及其温度响应可塑性对保障全球粮食安全至关重要。