Nature Communications | 研究揭示小麦白粉病通过移民和贸易在全球的传播!

小麦是世界上最重要的主食之一，它对全球粮食安全的重要性最近因乌克兰战争导致的粮食出口损失而成为焦点。对农作物更常见的威胁是真菌性病害，这可能导致经济损失和饥荒。最具破坏性的病原体之一是白粉病，这种真菌会大大降低作物的产量。

2022年7月，国际权威学术期刊Nature Communications发表了瑞士苏黎世大学Thomas Wicker团队的最新相关研究成果，题为Global genomic analyses of wheat powdery mildew reveal association of pathogen spread with historical human migration and trade的研究论文。最重要的谷物病原体之一的全球分布是人类活动的结果。研究人员追踪了小麦白粉病的历史和沿着小麦贸易路线的传播，并发现相关白粉病物种的遗传祖先的混合在该病原体的进化和适应中发挥了核心作用。

农业军备竞赛

为了防止侵染，目前投入了巨额资金用于培育抗霉病的谷物品种。为了感染作物植株，病原体必须是与其宿主的最佳匹配，有抗性的品种，真菌就无法攻击。但是白粉病不断地、迅速地适应新的宿主。为了能够长期控制该病害，科学家对该病原体获得更好的了解至关重要。这就是历史数据的关键所在：白粉病与小麦本身一样古老，但直到现在，人们还不知道它是如何在不同的谷物上传播到世界各地的。

现代的环球旅行者

研究人员现在已经成功揭开了小麦白粉病成功的秘密。为此，他们比较了来自五大洲13个国家的172个白粉病菌株的遗传组成。通过研究人员的分析能够证明，这种霉病大约在1万年前首次出现在中东，那里也是农业和现代小麦的发源地。在石器时代和青铜时代，农业传播到欧洲和亚洲。病原体也通过人类迁移和贸易传播到这些新地区。大约300年前，欧洲定居者将白粉病与小麦一起引入北美和南美。

通过快速进化进行适应

这些数据证实了之前的猜测：随着小麦被引入地球上越来越多的角落，白粉病也被带了过来，并在途中经历了杂交，也就是说，它在遗传上与当地的白粉病物种混合，形成了更适应当地农业环境的杂交品种。这似乎是白粉病的致病性快速演变的原因，在过去120年里，许多美国小麦品种被带到日本与传统的东亚小麦进行杂交，这就是一个特别明显的例子。来自美国的白粉病也是进口的，与日本常驻的白粉病菌株进行杂交，产生的杂交种成功地攻击了新培育的小麦品种。

为了研究白粉病的传播，研究人员使用了最初为研究人类的进化史而创建的理论分析。该研究再次表明，学术学科之间的合作和使用非常规方法研究复杂的课题具有巨大的潜力，并对现代作物育种有影响。

图1：小麦白粉病菌株的基本信息

图2：小麦白粉病种群的分析

图3：有效种群大小和凝聚模拟

图4：日本和中国的年轻杂交种群的基因组组成

图5：随着时间的推移和全球范围内的迁移模式假设

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