JGG | 南京大学杨四海/王龙团队解析水稻来源稻瘟病菌有性生殖丢失的演化特征

真菌病害稻瘟病可造成水稻与小麦等作物减产，严重威胁全球的粮食生产安全。一般认为，侵染水稻的稻瘟病菌可能是由原本寄生狗尾草的病原菌跨物种跳跃而来。目前，侵染水稻的稻瘟病菌主要分为3个进化支，其中进化支2和3是全球稻区主要流行的菌株，分别偏好侵染籼稻和粳稻。近期研究表明，稻瘟病菌的有性重组以及与有性相伴生的超突变 (repeat induced point mutation, RIP) 是驱动其成功宿主跳跃的主要因素。但重组和超突变是一把双刃剑，频繁的有性生殖(sexual reproduction) 会破坏其寄生特定物种时稳定的遗传结构。因此，对于病原菌而言，一旦成功寄生，减少有性生殖是其逃避快速变异、稳定群体结构的有效方式。实际上，科学家在田间并未观察到稻瘟病菌的有性生殖过程，而且在实验室条件下，进化支2和3的菌株杂交也无法产生有性后代。那么，在自然条件下，进化支2和3是否真的不存在有性生殖？能否通过遗传学特征进行证明？如果确实存在有性生殖减弱或丢失，在选择压力减弱的情况下，其与有性生殖相关的一些遗传特征 (如重组、RIP等) 又如何演化？

近日，南京大学杨四海/王龙教授团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Recombination and repeat-induced point mutation landscapes reveal trade-offs between the sexual and asexual cycles of Magnaporthe oryzae”的研究论文，揭示了水稻稻瘟病菌在传播过程中存在有性能力及有性特征减弱的现象，为深入了解稻瘟病菌的扩散及适应性进化机制提供了新的线索。

该研究通过检测基因组中RIP遗迹，证实了水稻来源稻瘟病菌的主要流行株系丢失了有性生殖方式；进一步的实验揭示了与有性过程相关的一些遗传特征(如重组率及RIP强度等)出现了减弱的现象，这可能是选择压松弛的结果；研究还发现，稻区主要流行的进化支2和3内所有的菌株都共享特定的RIP事件，表明这两个进化支可能具有共同的祖先与相同的起源地，在有性生殖丢失的同时，这两支从其它演化支中脱颖而出并在全球稻区扩散。

稻瘟病菌重组与RIP突变特征

A：稻瘟病菌中不同分支检测到的RIP事件数量。稻区主要流行的进化支2和3存在所有菌株共享或单一进化支所有菌株共享的RIP事件；B：各进化支的RIP事件频率；C：四个杂交亲本菌株的遗传多样性关系；D：四个杂交组合的交换率评估；E：通过人工杂交的方式，直接检测四个杂交组合各进化支的RIP突变数量。

作者简介

南京大学生命科学学院博士研究生宗西方与硕士研究生楼雅欣为该论文共同第一作者。杨四海教授与王龙教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jgg.2024.03.003