《MicrobiologyOpen》：Climatic Variables and Virulence May Contribute to the Population Dynamics of Pyricularia oryzae at Local Scale
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本研究通过SSR（Simple Sequence Repeats）基因分型技术，系统解析了意大利稻瘟病菌（Pyricularia oryzae）的种群结构，揭示了时空分布、环境变量（温度、湿度、降雨）及毒力差异对遗传多样性的影响。研究发现五个遗传簇群中一个簇群随时间推移逐渐消失，可能与毒力减弱相关；气候因子与遗传多样性呈显著正相关，为抗性基因（R genes）的合理布局及病害可持续治理提供了关键理论依据。
引言
稻瘟病是由稻瘟病菌（Pyricularia oryzae）引起的全球性水稻病害，严重威胁意大利水稻生产。尽管通过抗病品种选育是可持续的防控策略，但病原菌基因组可塑性常导致抗性丧失。深入了解病原菌种群结构对于评估其遗传多样性及制定持久防控策略至关重要。尽管早期研究（如Piotti等，2005）尝试解析意大利稻瘟病菌种群，但当前局域遗传变异仍存在研究空白。本研究基于2011–2012和2020–2022年间从意大利五个主要稻区（皮埃蒙特、伦巴第、威尼托、艾米利亚-罗马涅和撒丁岛）采集的242个稻瘟病菌单孢分离株，利用SSR分子标记分析其种群结构，并探究交配型、气候因子及毒力对遗传多样性的影响。
材料与方法
采样与菌株分离
水稻抽穗期至收获期，从242个田间点位采集具有典型稻瘟病症状的稻穗，每个点位获得一个单孢分离株。采样覆盖五年（2011、2012、2020、2021、2022）和五个大区，其中皮埃蒙特样本量最大（185个点位）。
DNA提取与SSR基因分型
采用16个SSR标记（选自Adreit等、Zheng等和Saleh等开发的引物）进行基因分型，同时通过特异性引物检测交配型（MAT）基因。PCR产物经毛细管电泳分析，利用GeneMapper软件确定等位基因大小。
种群结构分析
使用R语言poppr、adegenet等包进行遗传多样性指数（如Nei's期望杂合度e、Simpson指数λ）计算、克隆校正及群体结构分析。通过DAPC（Discriminant Analysis of Principal Components）、Structure软件和UPGMA聚类确定最优遗传簇群数（K值）。利用AMOVA（Analysis of Molecular Variance）和Hedrick's st指数评估地理、时间及遗传簇群对分化的贡献。
气候因子与遗传多样性关联分析
针对采样量充足的皮埃蒙特区，收集当地气象站数据（6–10月平均温度、相对湿度及降雨量），与年度遗传多样性指标进行Pearson相关性分析。
毒力测定
选取代表五个遗传簇群的8个菌株，接种感病水稻品种Vialone Nano，评估其致病力（病害严重度DS%），通过方差分析及Tukey检验比较簇群间差异。
结果
遗传多样性
16个SSR标记中15个呈现多态性，等位基因数2–15（平均5.75），期望杂合度e平均0.47。克隆校正后获得200个独特多位点基因型（MLGs），克隆 fraction为17.4%。2020–2022年样本的基因型丰富度（eMLG）及多样性（e和λ）高于2011–2012年。最小生成网络显示MLGs未按地理或时间聚集，仅少数MLGs在不同年份或地区间共享。
交配型
所有菌株仅检测到MAT1-1交配型，证实意大利种群为无性繁殖群体，缺乏有性重组。
种群结构
DAPC、Structure和UPGMA分析一致支持五个遗传簇群（K=5）。簇群5包含最多菌株（80个），簇群1最少（17个）。欧洲参考菌株分析显示簇群4为本研究独有，未在早期欧洲多样性中出现。AMOVA表明遗传变异主要来源于簇群间（49%），时空因素贡献较低（年份14.5%，地区9.7%）。Hedrick's st显示簇群间分化程度（均值0.70）远高于时空分组（年份0.21，地区0.23）。
时空动态
簇群1在2011–2012年占比显著（14.8%–13.7%），至2020年降至3.5%，2021–2022年完全消失；簇群5在所有年份均占主导（39.3%–48.3%）。簇群2在伦巴第区过度富集（46.5%），簇群5在皮埃蒙特区优势明显（43.8%）。Mantel检验显示地理距离与遗传距离呈弱相关（r=0.132, p=0.001）。
气候因子关联
皮埃蒙特区菌株的遗传多样性（e和λ）与温度（R=0.95, p=0.01）、相对湿度（R=0.95, p=0.01）及降雨量（R=0.89, p=0.04）呈显著正相关，提示适宜气候条件（温度≈21°C，湿度≈76%）可能通过扩大病害循环规模提升遗传多样性。
毒力差异
簇群3代表菌株（CR1、LOM4b）致病力最强（DS% 56.2%–54.7%），显著高于簇群2菌株MI4（DS% 35.1%）。簇群1和2菌株总体毒力较低，簇群4和5表现中等。簇群1的消失可能与其竞争力较弱相关。
讨论
本研究首次系统揭示意大利稻瘟病菌种群由五个遗传簇群构成，其中簇群4为本地特有。高遗传多样性可能源于气候因子驱动的流行病规模扩大，而非有性重组或种子传播主导。簇群1的消失提示毒力差异或影响种群动态，但需进一步验证。与全球研究一致，时空因素对遗传分化的贡献有限，凸显本地环境适应与宿主互作的重要性。
结论
意大利稻瘟病菌种群结构在十年间保持稳定，但存在独特遗传成分。气候因子（温度、湿度、降雨）与遗传多样性正相关，毒力差异可能驱动簇群更替。本研究为抗性基因（如AVR效应因子靶向部署）的合理布局及病害生态治理提供了基础，后续将通过全基因组测序深入解析簇群特异性效应因子。
