金锈菌属物种形成机制和与其寄主共进化模式研究

Biotrophic rust fungi of the genus Chrysomyxa are widespread in the northern hemisphere where they cause witches' brooms and needle and cone diseases, mainly on Picea. Chrysomyxa rusts are responsible for significant economic losses, especially in spruce plantations. Most of the reported Chrysomyxa species are heteroecious and complete their life cycle on two different hosts belonging to two unrelated genera. However, the speciation of Chrysomyxa species, and their co-evolutionary history with host plants are still undetermined. In our study, the speciation and the complex evolutionary histories between Chrysomyxa and the close related rust species will be explored, based on genomics and comparative genomics. The key genes related evolutionary adaptation will be selected and studied. We will recognize species based on rDNA sequence data by using coalescent method of generalized mixed Yule-coalescent (GMYC) and Poisson tree Processes (PTP) modes. The evolutionary relationships of Chrysomyxa species and their host are investigated by comparing the cophylogenetic analyses of Chrysomyxa species and their different hosts, respectively. Thus, disease protection and management in further control will be assured, which will help us understand the disease thoroughly, and the disease can be controlled successfully based on our research results.

金锈菌属真菌引起的云杉叶锈病和球果锈病作为云杉林的重要病害，严重威胁云杉林健康，并造成了巨大的经济损失。金锈菌生活史复杂，造成其进化模式更复杂，但关于该属及相关属物种形成和与其寄主协同进化模式尚不明确。在基本摸清了我国金锈菌属真菌种类和分子系统学关系的研究基础上，本项目将利用基因组学、比较基因组学等分子生物学手段研究金锈菌物种形成、寄主专化性和生态适应性机制，筛选金锈菌属及其近缘属的环境适应性关键基因，揭示其适应性进化的机制和原理；并通过不同分子标记方法，重建金锈菌与其寄主的系统发育树，利用分子钟分析其与寄主协同进化模式，进一步明确异域种和同域种的起源与分化年代，帮助解决分类难题。从而为揭示其致病机理，更有效控制其所致病害，提供理论指导和实际应用方面的基础资料。

金锈菌属真菌引起的云杉叶锈病和球果锈病作为云杉林的重要病害，严重威胁云杉林健康，并造成了巨大的经济和生态损失。金锈菌生活史复杂，造成其进化模式更复杂，但关于该属及相关属物种形成和与其寄主协同进化模式尚不明确。在基本摸清了我国金锈菌属真菌种类和分子系统学关系的研究基础上，本项目基于GMYC、ABGD、mPTP 和 bPTP 等多种物种界定模式，明确了我国及北美、欧洲金锈菌及其相关属的分类地位和地理分布，探讨了多个金锈菌复合种和隐形种的系统关系；利用金锈菌和其锈-冬孢子阶段寄主的多基因系统协同进化分析，明确了我国金锈菌与其寄主的协同进化模式，揭示了寄主跳跃是金锈菌物种分化的主要驱动力，同时，冬孢子阶段寄主在金锈菌成种过程中起到了更为关键的作用；此外，利用分子钟分析，明确了金锈菌的起源时间，并进行了祖先分布区域重建，阐释了我国和北美金锈菌的起源和演化关系，明确了北美有可能是金锈菌的起源中心；并进行了金锈菌的遗传多样性分析等。以上结果为揭示金锈菌的致病机理，更有效控制其所致病害，提供理论指导和实际应用方面的基础资料。