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廣東和廣西火龍果潰瘍病菌新暗色柱節(jié)孢遺傳多樣性分析

2025-08-29 00:00:00林珊宇黃金玲陸秀紅覃麗萍
熱帶作物學(xué)報(bào) 2025年9期

摘" 要:廣東和廣西是我國(guó)火龍果主要產(chǎn)區(qū),也是火龍果潰瘍病的常發(fā)區(qū),明確這些地區(qū)火龍果潰瘍病菌新暗色柱節(jié)孢(Neoscytalidium dimidiatum)的遺傳多樣性對(duì)潰瘍病的防治具有重要意義。本研究以主要來(lái)源于廣西、廣東的4個(gè)火龍果潰瘍病菌地理群體為試驗(yàn)對(duì)象,利用ISSR分子標(biāo)記擴(kuò)增以獲得其指紋圖譜,并進(jìn)一步分析潰瘍病菌的遺傳分化情況。供試的火龍果潰瘍病菌經(jīng)過(guò)8條ISSR引物擴(kuò)增,得到203條條帶,多態(tài)性位點(diǎn)為31.7%,菌株間遺傳相似系數(shù)在0.7619~1.0000之間。在UPGMA聚類樹(shù)上遺傳相似系數(shù)為0.90時(shí)可分為3個(gè)類群,但遺傳類群與地理分布上并無(wú)緊密聯(lián)系。主成分分析結(jié)果顯示,4個(gè)地理群體重疊性較高,不存在相對(duì)獨(dú)立的地理種群。本研究證明我國(guó)火龍果潰瘍病菌遺傳多樣性水平較低,各地之間存在頻繁的菌源交流,該結(jié)果可為新暗色柱節(jié)孢的種群遺傳結(jié)構(gòu)和火龍果潰瘍病病原菌監(jiān)測(cè)的研究提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞:火龍果潰瘍病;新暗色柱節(jié)孢;遺傳多樣性;ISSR中圖分類號(hào):S432.1 """""文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

Analysis of Genetic Diversity of Pitaya Canker Pathogen Neoscytalidium dimidiatum in Guangdong and Guangxi

LIN Shanyu, HUANG Jinling, LU Xiuhong, QIN Liping*

Guangxi Key Laboratory of Biology for Crop Diseases and Insect Pests / Plant Protection Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Green Prevention and Control on Fruits and Vegetables in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanning, Guangxi 530007, China

Abstract: Guangdong and Guangxi are the major production regions of pitaya and the common area for pitaya canker. Understanding the genetic diversity of Neoscytalidium dimidiatum is of great significance for the disease prevention and control. This research focused on four geographical population of N. dimidiatum mainly collected from Guangxi and Guangdong. To obtain the genetic fingerprints of N. dimidiatum, the isolates were amplified using ISSR genetic molecular markers and further analyzed the genetic diversity. The tested N. dimidiatum isolates were amplified with eight ISSR primers, resulting in 203 bands and the percentage of polymorphic sites was 31.7%, with the genetic similarity coefficient for any two germplasm resources ranged from 0.7619-1.0000. When the genetic similarity coefficient was 0.90 on the UPGMA cluster, all isolates could be divided into three groups, but the genetic groups were not closely related to the geographical distribution. The results of principal component analysis indicated considerable overlap between the four geographical groups and there were no relatively independent geographical poputation. This study proved that there existed lower level of genetic polymorphism in the isolates and there was frequent exchange of inoculum source between different places. The study would provide the scientific basis for researching the genetic architecture and pathogen surveillance of pitaya canker pathogen N. dimidiatum.

Keywords: pitaya canker; Neoscytalidium dimidiatum; genetic diversity; ISSR

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.09.015

火龍果潰瘍病在全球范圍內(nèi)對(duì)火龍果的品質(zhì)和產(chǎn)量造成嚴(yán)重威脅[1]。在高溫高濕的季節(jié),火龍果潰瘍病易于流行,病原菌分生孢子穿透表層建立寄生關(guān)系后,最初形成褪綠斑,并伴隨黃色暈圈,隨著病程發(fā)展,病斑突出枝條表面形成硬痂,末期病變死亡組織脫落后,枝條上留下缺刻,在高濕條件下,損傷的細(xì)胞壁軟化和溶解,形成空洞和塌陷[2]。火龍果潰瘍病主要為害我國(guó)臺(tái)灣、廣西、廣東、海南、貴州和云南的火龍果園,在美國(guó)、伊朗、馬來(lái)西亞、以色列、泰國(guó)、越南等國(guó)家也有不同程度的發(fā)生[3-6]。據(jù)報(bào)道佛羅里達(dá)州一些火龍果園感病率超過(guò)70%[5],2012年廣東省清遠(yuǎn)市火龍果潰瘍病的發(fā)病率高達(dá)60%[7],廣西防城港市高發(fā)病區(qū)火龍果潰瘍病的發(fā)病率在50%左右,造成產(chǎn)量下降10%~50%,商品價(jià)值受到嚴(yán)重?fù)p害[8]。2012年臺(tái)灣首次報(bào)道葡萄座腔菌科(Botryosphaeriaceae)成員新暗色柱節(jié)孢(N. dimidiatum)引起火龍果莖潰瘍[9],通過(guò)不斷地形態(tài)學(xué)觀察、多基因聯(lián)合構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)分析,現(xiàn)在已經(jīng)明確葡萄座腔菌科的一些真菌引起火龍果潰瘍病的病原菌,其中新暗色柱節(jié)孢是最重要的一種[1, 10]

真菌遺傳信息的可變性使病原菌能夠忍受環(huán)境壓力,并通過(guò)多種生活方式在種群中形成不同的生存模式,作物病害暴發(fā)往往伴隨著病原菌的遺傳變異[11],因此研究新暗色柱節(jié)孢群體遺傳構(gòu)成信息和遺傳變化,對(duì)作物的抗病育種、病害流行監(jiān)測(cè)和防控具有重要意義。與物種鑒定類似,遺傳多樣性也可以通過(guò)形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和分子方法來(lái)確定。分子方法可以在不受環(huán)境因素干擾的情況下快速獲得結(jié)果[12]。目前多個(gè)ISSR、SSR和SRAP標(biāo)記已被開(kāi)發(fā)并用于葡萄座腔菌中葡萄潰瘍病菌(Botryosphaeria dothidea)等的遺傳多樣性分析,并證實(shí)了該種群具有較高的遺傳變異[13-14]。中國(guó)火龍果栽培區(qū)地域?qū)拸V、環(huán)境多樣、物種豐富,不同地理環(huán)境、多樣化栽培模式可能給我國(guó)火龍果潰瘍病菌群體的遺傳多樣性帶來(lái)影響。因此,本研究擬通過(guò)對(duì)主要來(lái)自廣東、廣西的火龍果潰瘍病病原菌新暗色柱節(jié)孢進(jìn)行ISSR指紋圖譜分析,以明確其優(yōu)勢(shì)種的遺傳結(jié)構(gòu),為深入研究火龍果潰瘍病及防治等提供理論基礎(chǔ)。

1" 材料與方法

1.1" 材料

于2018—2022年,從南寧、北海、欽州、貴港、梧州、玉林,廣州、茂名、湛江、陽(yáng)江、江門、惠州、梅州、揭陽(yáng)、深圳等地收集火龍果潰瘍病樣品,進(jìn)行常規(guī)病菌組織分離,也采集了距離較遠(yuǎn)的福建漳州、云南玉溪、貴州黔南的3個(gè)病樣作為參考。純化的菌株經(jīng)過(guò)形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)鑒定后,獲得77株新暗色柱節(jié)孢,并根據(jù)采樣地點(diǎn)分布及地形地勢(shì),分為4個(gè)地理群體(表1):廣東和福建群體(G1),該區(qū)域海拔低,地勢(shì)平坦開(kāi)闊,夏秋易受臺(tái)風(fēng)干擾,潰瘍病發(fā)生較嚴(yán)重;廣西中、北部群體(G2),該區(qū)域多為丘陵,氣候濕潤(rùn);北部灣沿海群體(G3),該區(qū)域氣候特征與G1相似,部分地形為丘陵;廣西西部和云南、貴州群體(G4),該區(qū)域以丘陵和喀斯特地貌為主,冬天平均氣溫低于沿海,潰瘍病發(fā)病較輕。

1.2 "方法

1.2.1" DNA提取 "使用天根植物基因組DNA提取試劑盒(DP305)提取DNA,步驟按說(shuō)明書進(jìn)行。提取的總DNA用瓊脂糖凝膠電泳分析DNA降解程度以及是否有污染;使用nanodrop測(cè)定OD260、OD280,并計(jì)算OD260/OD280比值,檢測(cè)DNA的純度。并將DNA溶液稀釋至50 ng/μL用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.2.2 "ISSR-PCR引物篩選 "從ISSR引物庫(kù)中隨機(jī)選取44條引物并由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,采用地理差距較大的4株新暗色柱節(jié)孢(LQ6、NT1、QN1和ZJ1)DNA作為擴(kuò)增模版來(lái)篩選多態(tài)性好的引物,用無(wú)菌ddH2O作陰性對(duì)照。選擇擴(kuò)增條帶清晰、多態(tài)性好和具有重復(fù)性的引物用于后續(xù)新暗色柱節(jié)孢基因組ISSR-PCR擴(kuò)增。

1.2.3 "ISSR擴(kuò)增退火溫度的篩選" 以優(yōu)選的ISSR引物理論退火溫度Tm值為中間值,按1"℃設(shè)置溫度梯度,共選取5個(gè)溫度對(duì)候選的ISSR引物退火溫度進(jìn)行篩選,試驗(yàn)重復(fù)2次。

1.2.4 "ISSR-PCR擴(kuò)增 "采用上述優(yōu)選的ISSR-PCR擴(kuò)增的退火溫度,對(duì)新暗色柱節(jié)孢分離株DNA進(jìn)行擴(kuò)增。擴(kuò)增體系為:94"℃預(yù)變性5"min;94"℃變性30 s,最佳退火溫度45 s,72"℃延伸1.5 min,共35個(gè)循環(huán);最后72"℃延伸10"min,4"℃保存。

1.2.5 "指紋圖譜的數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 "在對(duì)ISSR-PCR的譜帶的統(tǒng)計(jì)分析中,首先確定條帶的大小,然后根據(jù)相應(yīng)位置條帶的有無(wú),分別記為1和0。8個(gè)引物擴(kuò)增出的每一個(gè)條帶都作為一個(gè)遺傳位點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),構(gòu)建菌株和條帶的1和0二元矩陣,從而將圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息,并將其保存成Excel文件格式。然后,利用POPGENE version 1.32軟件計(jì)算參數(shù),反映基因多少和狀況的遺傳參數(shù)為多態(tài)性條帶數(shù)(number of polymorphic loci, NP),多態(tài)性位點(diǎn)百分率(proportion of polymorphic loci, P),等位基因觀測(cè)數(shù)(observed number of alleles, Na),有效等位基因數(shù)(effective number of alleles, Ne);反映基因多樣性信息的遺傳參數(shù)為Nei’s基因多樣性指數(shù)(gene diversity, H),Shannon信息指數(shù)(Shannons information index, I)。最后計(jì)算遺傳距離,并用NTsys-2.0軟件計(jì)算遺傳相似系數(shù),用非加權(quán)算術(shù)平均聚類(Unweighted Pair-Group Mean Average, UPGMA)方法進(jìn)行聚類分析,并通過(guò)Tree plot模塊生成聚類圖,使用GenAlEx軟件進(jìn)行主成分分析。

2 "結(jié)果與分析

2.1 "ISSR-PCR引物的篩選

選用來(lái)自廣西南寧(NT1,LQ6)、廣東湛江(ZJ1)和貴州黔南(QN1)的新暗色柱節(jié)孢,用44條ISSR引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增結(jié)果表明,不同的引物對(duì)新暗色柱節(jié)孢擴(kuò)增出的條帶數(shù)目存在差異,一些引物擴(kuò)增產(chǎn)物的條帶數(shù)目較少,如引物VCA02、VCA27等;一些引物則無(wú)擴(kuò)增條帶,如(GATA)4,這些引物均不適合用于對(duì)新暗色柱節(jié)孢群體遺傳多樣性的分析。最終從供試的44條ISSR引物中篩選出(GTG)5、M13、U02、VCA13、VCA21、VCA22、VCA25、YHY(GT)7G 8條引物,其ISSR-PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的多態(tài)性良好,條帶清晰穩(wěn)定,可用于對(duì)新暗色柱節(jié)孢的遺傳結(jié)構(gòu)研究。

2.2 "ISSR-PCR擴(kuò)增退火溫度的確定

引物退火溫度篩選結(jié)果表明,退火溫度一定程度上能夠影響ISSR-PCR擴(kuò)增效果,退火溫度過(guò)低,有時(shí)會(huì)降低ISSR擴(kuò)增的多態(tài)性,退火溫度過(guò)高則不利于形成清晰的條帶。部分引物的最佳退火溫度與Tm值存在偏離,重復(fù)2次后,篩選獲得條帶清晰穩(wěn)定的溫度作為隨后各引物擴(kuò)增的最佳退火溫度,選用引物退火溫度的篩選結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 "新暗色柱節(jié)孢遺傳分化分析

77株新暗色柱節(jié)孢株經(jīng)過(guò)ISSR-PCR擴(kuò)增,獲得不同引物的擴(kuò)增圖譜,8個(gè)引物共擴(kuò)增出43個(gè)位點(diǎn),其中多態(tài)性位點(diǎn)數(shù)為13個(gè),多態(tài)性位點(diǎn)百分率為31.7%,所獲得的遺傳多樣性信息見(jiàn)表3。結(jié)果表明新暗色柱節(jié)孢遺傳多樣性在各群體之間具有一定差異,但遺傳分化程度較低。

2.4 "新暗色柱節(jié)孢遺傳聚類分析

可視化熱圖(圖1)可以展現(xiàn)不同指標(biāo)、不同樣本之間的相似性,顏色越偏紅,說(shuō)明相似性越大,越偏藍(lán)說(shuō)明相似性越低。經(jīng)比較,大部分菌株之間的遺傳相似系數(shù)在0.95以上(圖1),說(shuō)明新暗色柱節(jié)孢群體遺產(chǎn)變異較低。

從UPGAM聚類樹(shù)(圖2)可以看出,在遺傳相似系數(shù)為0.90水平上,77個(gè)菌株被聚類成3個(gè)類群,第Ⅰ類群包含廣西北海、南寧和梧州的3個(gè)菌株,第Ⅱ個(gè)類群僅有來(lái)自廣西玉林的1個(gè)菌株,其余73個(gè)菌株被聚在第Ⅲ個(gè)類群。聚類結(jié)果表明,77個(gè)火龍果潰瘍病菌之間具有較高的遺傳相似性,但是種內(nèi)仍存在一定的遺傳變異;同一地理來(lái)源的菌株歸入不同的類群或者亞類群中,說(shuō)明菌株的遺傳多樣性與其地理來(lái)源無(wú)明顯的相關(guān)性。但小范圍來(lái)說(shuō),菌株的聚集具有一定的特點(diǎn),例如來(lái)自不同區(qū)域的27個(gè)菌株聚集在遺傳相似系數(shù)約為0.976的A分支上,廣東和福建沿海的G1群體菌株在B和C分支中占主導(dǎo)地位。來(lái)自云南玉溪、貴州黔南和福建漳州的3個(gè)菌株也未和廣東和廣西菌株分離。

2.5 "主成分分析

主成分分析可知,G2、G3和G4群體都在G1群體范圍內(nèi)。雖然G2、G3和G4大部分區(qū)域互相重疊,但G2和G3重疊的部分更多,說(shuō)明來(lái)

自廣西中、北部群體和北部灣沿海的菌株親緣關(guān)系更為密切。由圖3可知,所有菌株大致可分為4個(gè)類群,每個(gè)類群都包含了來(lái)自不同地理分組的菌株,表明不同地理來(lái)源之間菌系交流頻繁,遺傳關(guān)系相近。

3 "討論

本研究選取來(lái)自廣東、廣西和周邊的77株新暗色柱節(jié)孢按地理位置分成4個(gè)群組,進(jìn)行種群的遺傳多樣性分析。葡萄座腔菌科真菌作為水果和林木上的重要病原菌,為揭示其遺傳關(guān)系,人們對(duì)它們的遺傳多樣性進(jìn)行了一些探索,但目前尚無(wú)火龍果潰瘍病菌新暗色柱節(jié)孢遺傳多樣性研究的報(bào)道。基于ISSR的遺傳多樣性研究結(jié)果顯示新暗色柱節(jié)孢菌株間的遺傳相似系數(shù)范圍為0.7619~1.0000,Shannon’s信息指數(shù)(I)為0.088;基因多樣性指數(shù)(H)為0.051,表明各菌株之間遺傳距離比較近,相似性較高。通過(guò)UPGMA方法構(gòu)建的火龍果潰瘍病菌遺傳關(guān)系的聚類分析結(jié)果顯示,來(lái)自同一地理區(qū)域的菌株分布在不同的聚類群中,遺傳系數(shù)高于0.91的分支Ⅲ包含不同地域的菌株,來(lái)自云南玉溪、貴州黔南和福建漳州的3個(gè)菌株也未和廣東和廣西菌株有顯著差異,說(shuō)明火龍果潰瘍病菌的遺傳親緣關(guān)系與地理來(lái)源之間并無(wú)明顯的相關(guān)性。主成分分析說(shuō)明來(lái)自廣西中、北部群體和北部灣沿海的菌株親緣關(guān)系更為密切,推測(cè)某些適應(yīng)性強(qiáng)的主流菌株已經(jīng)分布在規(guī)模化的火龍果種植區(qū)。總體上,來(lái)自內(nèi)陸的菌株表現(xiàn)出更高的遺傳分化,例如廣西南寧的NT1、YLY1,廣西玉林的RY2、廣西梧州的CX3,貴州黔南的QN1,這幾個(gè)菌株位于遺傳系數(shù)低于0.94的分支上。較高的溫度利于火龍果潰瘍病的發(fā)生,可能緯度較高的菌株為了適應(yīng)冬季較低的溫度,遺傳信息發(fā)生了改變,而病原菌的遺傳變異給病害防控提出了更高要求。

研究病原菌的遺傳多樣性有利于了解群體的起源和演變,如果病原菌是最近的一次引入,那么病原體群體將在遺傳上是同質(zhì)的,表現(xiàn)出與源群體相似或相同的遺傳變異[15]。相反,如果病原體群體是由不同來(lái)源重組(地方性源群體與引進(jìn)群體重組)產(chǎn)生的,那么它將表現(xiàn)出較高的遺傳多樣性[16]。例如CHETHANA等[17]利用全基因組序列數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的新型微衛(wèi)星標(biāo)記探索了葡萄座腔菌(B. dothidea)的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu),結(jié)果表明,從中國(guó)葡萄品種中分離出的B. dothidea,不同地域菌株具有相同的等位基因,并表現(xiàn)出高度的遺傳多樣性,表明中國(guó)葡萄藤上的B. dothidea群體起源復(fù)雜,包括本地寄主轉(zhuǎn)移、外來(lái)引進(jìn)以及本地和引進(jìn)分離株之間的重組。火龍果起源于熱帶中南美洲地區(qū),后傳入越南、泰國(guó)等東南亞國(guó)家和中國(guó)臺(tái)灣[18-19]。從1998年開(kāi)始,我國(guó)陸續(xù)從越南引種火龍果,并隨著火龍果規(guī)模化種植,苗木調(diào)運(yùn)十分頻繁[20-21]。2012年我國(guó)臺(tái)灣首次發(fā)現(xiàn)火龍果莖潰瘍由新暗色柱節(jié)孢引起,隨后在很短的一段時(shí)間內(nèi),中國(guó)、伊朗、以色列、馬來(lái)西亞、美國(guó)和泰國(guó)等火龍果種植區(qū)均發(fā)現(xiàn)了新暗色柱節(jié)孢引起火龍果潰瘍病,從火龍果潰瘍病菌較高的遺傳相似性,可推測(cè)侵染我國(guó)火龍果的新暗色柱節(jié)孢種群可能是隨著苗木輸入和轉(zhuǎn)運(yùn)傳播到各地。這一結(jié)果還預(yù)示著新暗色柱節(jié)孢可以通過(guò)氣流或昆蟲(chóng)在2個(gè)地區(qū)之間傳播,因?yàn)檫@2種方式的傳播距離比雨水飛濺的孢子傳播距離更長(zhǎng)。遷徙的病菌攜帶著菌源地的基因型,造成引入地病害的流行,該結(jié)果與王璠[22]對(duì)湖北桃流膠病病原菌B. dothidea遺傳多樣性與地理來(lái)源無(wú)關(guān)的結(jié)論相似。

遺傳多樣性分析能夠獲得物種之間的遺傳變異、物種進(jìn)化以及它們對(duì)不同環(huán)境條件和生活方式的特殊適應(yīng)的線索[23]。眾所周知,生殖模式與遺傳變異有關(guān),經(jīng)歷有性生殖的種群更有可能表現(xiàn)出更大的遺傳多樣性[24]。葡萄座腔菌(B. dothidea)和小新殼梭孢(Neofusicoccum parvum)是非常重要的植物病原菌,種群表現(xiàn)出較高的遺傳多樣性,特別在本地寄主中表現(xiàn)出更高的遺傳分化,顯著的連鎖平衡表明菌株之間發(fā)生了基因重組或有性生殖[25]。這能夠增加病原菌子代適應(yīng)自然選擇的能力,在促進(jìn)病害顯癥、地理和寄主擴(kuò)張方面發(fā)揮重要作用。新暗色柱節(jié)孢雖然為攜帶MAT1-1的異宗交配型真菌[26],但尚未發(fā)現(xiàn)它的有性生殖,繁殖主要依賴于田間條件下的菌絲斷裂形成節(jié)孢子,遺傳物質(zhì)交換不夠充分,遺傳分化較為保守,因此新暗色柱節(jié)孢寄主專化性較高,對(duì)木本植物的致病力有限,這符合GARCIA等[27]對(duì)新暗色柱節(jié)孢致病性的描述和田間病害發(fā)生的實(shí)際情況。

本研究使用ISSR標(biāo)記探討了我國(guó)火龍果主要產(chǎn)區(qū)潰瘍病菌新暗色柱節(jié)孢的遺傳多樣性。研究結(jié)果顯示,雖然新暗色柱節(jié)孢種群顯示出一定的遺傳分化,但多樣性指數(shù)相對(duì)較低,自然地域種群的遺傳親緣關(guān)系與其地理來(lái)源之間并無(wú)明顯的相關(guān)性,這為研究我國(guó)南方火龍果潰瘍病的傳播規(guī)律以及致病力差異提供理論依據(jù)。未來(lái)還需開(kāi)展新暗色柱節(jié)孢致病機(jī)制研究,為病害的預(yù)防和治理提供科學(xué)指導(dǎo)。

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