研究人员正在揭示马铃薯植物与导致1840年代毁灭性爱尔兰马铃薯饥荒的病原体之间的进化舞蹈。
北卡罗来纳州立大学的一项最新研究揭示了马铃薯植物和与臭名昭著的1840年代爱尔兰马铃薯饥荒相关的病原体之间发生的相互进化适应的迷人细节。
该研究采用了一种专业的测序方法，分析了马铃薯植物的抗性基因以及病原体的效应基因，这些基因对感染至关重要。这种创新的方法标志着此类分析的首次进行。
“我们使用了包含病原体和其他细菌的历史叶片的小样本；这些样本的DNA比典型的组织样本更为碎片化，”曾是NC州立大学研究生、研究的首位作者阿利森·库姆伯解释道。“我们使用小于80个碱基对的小片段作为一种磁铁，从复杂的DNA混合物中提取类似的片段。这些磁铁帮助我们定位植物的抗性基因和病原体的效应基因。”
“这项研究独特地调查了马铃薯和它们的病原体在同一时间段的变化；通常，研究专注于其中之一，”北卡罗来纳州立大学植物病理学领先教授、研究的通讯作者让·里斯坦诺表示。“我们的双重富集技术使我们能够 pinpoint 宿主和病原体的基因组中特定的部分，即使它们的数量不一。由于缺乏测序基因组，我们15年前无法进行这项研究。”
研究结果表明，病原体Phytophthora infestans已有效适应以克服马铃薯植物的晚疫病抗性。例如，研究揭示，这种病原体的FAM-1菌株能够逃避植物提供的R1抗性基因的保护，而这种能力甚至在植物育种者将该基因引入马铃薯作物之前就已存在。
“即使R1抗性基因早些时候被使用，病原体仍然能够对抗该基因，可能因为它已经与含有该基因的野生马铃薯相互作用过，”库姆伯分享道。
研究还表明，虽然病原体的许多效应基因保持了一致，但在植物育种者寻求抗性育种时，出现了各种突变以增强其感染能力——特别是在1937年后，当全球开始更加有组织的马铃薯育种倡议时。
研究强调，在1845到1954年这一关键时间框架内，收集的植物样本中，病原体增加了额外的染色体。
“我们的发现表明，尽管经历了一个世纪的人类干预，某些病原体基因几乎没有变化，”库姆伯指出。“这些稳定基因可能对 병原体的生存至关重要，这意味着针对它们可能会阻碍病原体进化出对抗机制。”
“更好地理解病原体对于有效的植物育种至关重要，”里斯坦诺提到。“现在我们已经确定了效应基因如何随时间变化，育种者可以选择更稳定的抗性基因或结合来自各种野生亲属的多个抗性基因。”
“我预见，这项研究的未来将着眼于病原体毒力或其他重要特征（如对杀真菌剂的抗性）的逐渐变化，”里斯坦诺补充道。
