与伊朗雨养豆科植物叶枯病相关的Stemphylium和Alternaria物种的多样性与致病性

《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Diversity and pathogenicity of Stemphylium and Alternaria species associated with foliar blights in rainfed legumes of Iran

雨季轮作豆类作物在伊朗西部和西北部八个省采集98个真菌分离株，通过形态学鉴定和gapdh、cmd等多基因系统发育分析，确认Stemphylium和Alternaria各5个物种，首次记录S. amaranthi在扁豆、S. lycii在鹰嘴豆和扁豆、A. atra和A. consortialis在鹰嘴豆和扁豆，以及A. japonica在鹰嘴豆的致病性。病原体共现导致病害复合发生，挑战传统管理策略，需制定综合防控措施。

　　

Naser Moghtader Zangakani|Masoud Abrinbana|Hamid Reza Pouralibaba

伊朗乌尔米亚大学农业学院植物保护系，邮政信箱165，乌尔米亚

摘要

叶枯病威胁着伊朗雨养冷季豆类作物，但与之相关的Stemphylium和Alternaria物种的多样性和致病性仍知之甚少。本研究对从伊朗西部和西北部八个省份采集的具有症状的鹰嘴豆、扁豆、草豌豆和野豌豆植物中分离出的98株真菌进行了鉴定。通过形态特征分析以及gapdh基因测序，并结合多基因位点系统发育分析（Stemphylium使用gapdh和cmd；Alternaria使用gapdh、rpb2、tef1和Alt a 1），共鉴定出五种Stemphylium和五种Alternaria物种。其中包括首次报道的S. amaranthi在扁豆上的感染、S. lycii在鹰嘴豆和扁豆上的感染、A. atra和A. consortialis在鹰嘴豆、扁豆和野豌豆上的感染，以及A. japonica在鹰嘴豆上的感染。Stemphylium物种中，主要是S. vesicarium和S. beticola，主要在扁豆上被分离到。Alternaria物种中，以A. alternata为主，出现在所有四种宿主上。致病性测试确认所有物种都具有致病性，其侵袭性因宿主和物种而异。普通野豌豆对病害高度敏感，而草豌豆则表现出部分抗性。一个关键发现是Stemphylium和Alternaria物种在鹰嘴豆和扁豆上经常共存，表明这些作物的叶枯病是由多种病原体共同引起的复合病害，而非单一病原体所致。这种复杂性使得传统管理方法面临挑战。我们的研究重新定义了伊朗豆类作物叶枯病的病因，并强调了需要制定针对整个病原体群落的综合、区域性的控制策略。

引言

鹰嘴豆（Cicer arietinum）、扁豆（Lens culinaris）、草豌豆（Lathyrus sativus）和野豌豆（Vicia属）是全球广泛种植的冷季豆科作物。鹰嘴豆和扁豆是重要的粮食豆类，而野豌豆主要用作动物饲料，草豌豆在某些地区既可用于食物也可用作饲料。这些富含蛋白质的作物能够固定大气中的氮，从而改善土壤质量、促进微生物活动，并提高灌溉和雨养农业系统的肥力。冷季豆类在轮作中起着关键作用，尤其是在维持土壤健康至关重要的干旱地区[1,2]。然而，影响这些作物地上部分的真菌病害对其生产构成了重大威胁[3]。在适宜的环境条件下，这些病害可能导致严重的产量损失。其中，由Stemphylium和Alternaria物种引起的叶斑病和叶枯病对多种冷季豆类作物构成威胁，可能导致巨大的经济损失[[4], [5], [6], [7], [8], [9]]。

Stemphylium叶枯病影响多种豆类作物，但在扁豆上最具经济意义。Stemphylium的典型物种S. botryosum被广泛认为是该病在扁豆上的主要致病菌[4],[10],[11],[12]。该病最早于1986年在孟加拉国被记录在扁豆上，最初被认为是一个局部问题，影响有限。随后来自印度、尼泊尔、加拿大和美国的报告揭示了其更广泛的全球影响[4],[12],[13],[14]。现在Stemphylium叶枯病被认为是扁豆的主要病害之一，可导致高达80%的产量损失[4]。虽然S. botryosum也被认为与鹰嘴豆的Stemphylium叶枯病有关，但其他物种在不同地区也具有重要性。S. sarciniforme在伊朗、印度、孟加拉国和叙利亚等国家有在鹰嘴豆上的报道[6,7]，而S. vesicarium（同义词S. herbarum）在匈牙利和突尼斯被确定为致病菌[6,15]。在澳大利亚，S. botryosum历史上与扁豆的Stemphylium叶枯病有关[16]，但最近的研究未能在扁豆、鹰嘴豆或其他豆类中分离到该物种[17]。相反，在鹰嘴豆和扁豆中分离到了S. eturmiunum和S. vesicarium>，而在扁豆中仅发现了S. astragali和S. beticola[17]。

Alternaria叶枯病，也称为叶斑病，是一种影响多种冷季豆类的叶部病害，包括鹰嘴豆和扁豆[[5],[6],[7],[9],[12]。该病通常在开花和结荚阶段出现，此时冠层发育达到最大[7]。与其他冷季豆类相比，它在鹰嘴豆和扁豆上更为普遍[[5],[6],[7],[9],[12]。地理上，Alternaria叶枯病在南亚国家（如孟加拉国、斯里兰卡，尤其是印度）最为常见，尽管在其他扁豆和鹰嘴豆种植区也有报道[6],[7],[12],[18],[19]。在鹰嘴豆、扁豆甚至豌豆和蚕豆中，最常被鉴定出的致病菌是Alternaria alternata。虽然A. tenuissima之前在印度被报道在鹰嘴豆和扁豆上[6,20]，但分子系统发育分析将其重新分类为A. alternata[21]。其他报道的物种包括在印度鹰嘴豆上的A. brassicicola，以及最近在阿尔及利亚被鉴定为扁豆病原体的A. cantlous和A. chlamydosporigena[18,19]。新兴研究还表明，扁豆叶枯病往往涉及Alternaria和Stemphylium物种的混合感染[4,22]。

历史上，Stemphylium和Alternaria物种的分类和鉴定依赖于形态特征及其宿主植物或基质的差异[[23],[24],[25]]。然而，仅基于形态特征的物种划分常常受到不同分类单元之间形态特征的重叠、诊断特征有限、种内变异以及环境对形态表达的显著影响的影响。为了解决这些问题，基于DNA序列数据的系统发育分析已成为准确鉴定和分类这两个属的不可或缺的方法[15,26,27]。

鹰嘴豆和扁豆是伊朗雨养条件下种植的最重要的冷季豆类，其次是草豌豆，野豌豆则较少见。这些作物主要种植在西部和西北部省份，通常与谷物轮作。除了作为重要的食物和饲料来源外，它们还通过生物固氮作用提高土壤肥力。然而，叶枯病对这些作物的生产构成了限制。除了由Ascochyta rabiei引起的< />叶枯病（在鹰嘴豆中普遍存在）外，类似Stemphylium和Alternaria物种引起的叶斑病也经常在鹰嘴豆和扁豆上观察到，偶尔也会出现在草豌豆和野豌豆上。尽管这些症状普遍存在，但相关真菌在伊朗的研究仍不够充分。迄今为止，S. sarciniforme是伊朗唯一正式报道的鹰嘴豆叶枯病病原菌[6,7]。该国尚未记录到其他Stemphylium或Alternaria物种在鹰嘴豆或其他冷季豆类上的存在。这种关于病原体身份和分布的数据缺乏代表了制定有效管理策略的知识空白。因此，本研究旨在从伊朗西部和西北部省份采集的具有症状的鹰嘴豆、扁豆、普通野豌豆和草豌豆植物中分离并鉴定Stemphylium和Alternaria物种，并在控制条件下评估其致病潜力。

样本采集和真菌分离

2022年5月至6月期间，从伊朗西部和西北部八个省份（阿尔达比勒、东阿塞拜疆、西阿塞拜疆、库尔德斯坦、克尔曼沙赫、伊兰、洛雷斯坦和科吉尔尤耶-博耶-艾哈迈德）的雨养田地中采集了具有症状的鹰嘴豆、扁豆、草豌豆和三种野豌豆（包括普通野豌豆V. sativa、纳尔邦野豌豆V. narbonensis和苦野豌豆N. ervilia）植株（图1或表S1）。随后进行了Stemphylium和Alternaria菌株的分离

自然感染植株的田间症状

叶片上的初始症状包括小而圆形至卵形的坏死斑点，颜色从棕色到深色不等，通常周围有褪绿晕圈。最常见的田间症状是叶片坏死和皱缩，有时会进一步发展为脱落，尤其是在较老（下部）的叶片上。严重受影响的叶片呈现黄色至深棕色，使植株呈现出典型的叶枯病外观（图2）。

真菌病原体分离和鉴定

从具有症状的植株中总共获得了98株真菌并进行了纯化

讨论

本研究首次对导致伊朗冷季雨养豆类作物叶枯病的Stemphylium和Alternaria物种复合体进行了分子鉴定。我们的发现揭示了以前未被认识的物种多样性，包括新的病原体-宿主关联，这些发现挑战了关于这些疾病病因的传统假设。病原体复合体并不均匀。Stemphylium物种主要局限于扁豆和鹰嘴豆

作者贡献声明

Naser Moghtader Zangakani：撰写——审稿与编辑、验证、方法学、调查、数据管理。Masoud Abrinbana：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、方法学、数据分析、概念化。Hamid Reza Pouralibaba：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目管理、方法学、调查、数据管理、概念化。

数据可用性声明

本研究生成的核苷酸序列可在GenBank数据库中获取（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/）。所有Alternaria和Stemphylium菌株的gapdh序列的登录号在文中提供，其他基因序列的登录号列在表1中。所有支持本研究结果的数据可向相应作者索取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。