马铃薯晚疫病菌对烯酰吗啉抗性形成和进化的机制

Phytophthora infestans is a causal agent of late blight in potato. Dimethomorph is one of typical carboxylic acid amides (CAA), playing an important role in the management of late blight in potato. However, fungicide resistance is the major limitation for its application. Few study was reported about the role of genetic structure of pathogen on evolution of fungicide resistance. We will monitor the genetic diversity of P. infestans population (including variation of target gene CesA3 for dimethomorph and variation of neutral loci), and sensitivity of P. infestans to dimethomorph in experimental station in Yunnan province during 4 years for evaluation the potential of dimethomorph insensitivity in this project; investigate the patterns of genetic variation at neutral SSR markers and quantitative trait of fungicide sensitivity (the Fst/Qst comparison) of temporal distribution for understanding the role of natural selection on evolution of dimethomorph insensitivity; will clone CesA3 gene and analyzed the role of mutation, recombination and selection on the evolution of this gene. The results from this project will illustrate the evolution mechanism of dimethomorph insensitivity in P. infestans population, and will be useful for designing a disease management program and important for sustainable control of potato late blight.

致病疫霉引起的晚疫病是马铃薯生产中的毁灭性病害。烯酰吗啉是CAA类杀菌剂的代表性品种，在马铃薯晚疫病防治中起重要作用，然而抗性的发生发展是其充分发挥作用的重要限制因素。病原菌群体的遗传背景对抗药性发生发展的影响至今鲜有研究。本项目拟以云南野马生态区为监测点，连续4年监测马铃薯晚疫病菌的群体遗传多样性(包括烯酰吗啉靶标基因CesA3的变异和中性位点变异)及对烯酰吗啉的敏感性变化，分析该病菌的遗传结构分化对烯酰吗啉敏感性变迁的影响；通过比较病菌遗传分化度(FST)和抗药性分化度(QST)的时间分布，分析自然选择在烯酰吗啉抗性性状进化中的作用；同时克隆病原菌的CesA3基因，并利用生物信息学分析突变、重组和自然选择在该基因演化中的作用。通过上述研究明确马铃薯晚疫病菌对烯酰吗啉抗性进化的机制，为该杀菌剂的科学使用及延缓抗药性的形成提供理论依据，最终为经济、可持续控制马铃薯晚疫病奠定理论基础。

致病疫霉引起的晚疫病是马铃薯生产中的毁灭性病害。烯酰吗啉是CAA类杀菌剂的代表性品种，在马铃薯晚疫病防治中起重要作用，然而抗性的发生发展是其充分发挥作用的重要限制因素。病原菌群体的遗传背景对抗药性发生发展的影响至今鲜有研究。本项目以云南野马生态区为监测点，连续4年监测马铃薯晚疫病菌的群体遗传多样性及对烯酰吗啉的敏感性变化，分析该病菌的遗传结构分化对烯酰吗啉敏感性变迁的影响；通过比较病菌遗传分化度(FST)和抗药性分化度(QST)的时间分布，分析自然选择在烯酰吗啉抗性性状进化中的作用。研究结果表明来自云南2012-2015年的马铃薯晚疫病菌菌株173株对烯酰吗啉的敏感性呈单峰曲线分布，不同年分群体的敏感性差异与时间和菌株均有关系；菌株对烯酰吗啉的敏感性水平与PiCesA3基因多样性呈现显著正相关；PiCesA3基因的Tajima’s-D值为-2.2361，表明在进化过程中受到负选择的作用；同质园试验结果表明马铃薯晚疫病菌对烯酰吗啉的敏感性差异主要受环境因素的影响，同时对药剂敏感性的群体分化度（QST）和基于SSR的群体遗传分化度（FST）比较结果表明总的QST < FST（p < 0.001），说明马铃薯晚疫病菌对烯酰吗啉的抗性进化机制主要是约束性选择。此外，还研究了马铃薯晚疫病菌对异丙菌胺的抗性进化，研究发现除了遗传力，环境因素在马铃薯晚疫病菌抗异丙菌胺的进化进程中同样起重要作用，与烯酰吗啉的进化机制相似，同样是约束性选择在马铃薯晚疫病菌抗异丙菌胺的进程中起主要作用。通过本项目研究明确了马铃薯晚疫病菌对烯酰吗啉抗性进化的机制，为该杀菌剂的科学使用及延缓抗药性的形成提供理论依据，为经济、可持续控制马铃薯晚疫病奠定理论基础。