紫茎泽兰内生炭疽菌物种和遗传多样性研究

Microorganisms play an important role in the invasion of alien plant. Hypothesis that invasive plant accumulate local pathogens and help the alien plant clone successfully have been supported by a series of experimental evidences, but the mechanism is less study. In our previous research, we found that Colletotrichum spp. causing destructive diseases of a wide variety of plants but highly enriched in Ageratina adenophora, which provided an opportunity for the study of mechanism, but it is vital to reveal species composition and genetic diversity of dominant species. In this project, endophytic and pathogenic Colletotrichum spp. from A. adenophora and neighboring diseased plant will be isolated and identified by combining morphology and multigenes analysis, and genetic diversity of dominant species will be analysed using multilocus and microsatellite loci analysis. Incorporate toxicity test data, dominant species of A. adenophora endophytic Colletotrichum spp. inhibit local plant growth and main genotypes will be revealed. In this, we may know main factors causing the group differentiation of dominant species from invasion time, host type and geographical pattern et al. The study may contribute to further explain mechanism that invasive plant accumulate local pathogens, and also study establish a theoretical foundation for the prevention of the spread of Colletotrichum spp.

微生物在外来植物入侵过程中起着重要作用。入侵植物积累当地病原菌助其成功入侵假说得到系列实验证据支持，但其中的机制研究较少。我们前期研究发现，对引起多种植物毁灭性病害的炭疽菌却在紫茎泽兰植株内高度富集，为探索该机制提供了契机，但明确炭疽菌物种组成及优势种遗传多样性是关键。本项目拟根据紫茎泽兰在中国的入侵历史，采集入侵时间不同的紫茎泽兰和邻近地区感染炭疽病菌的主要植物，结合形态学和多位点联合的分子系统学分析，鉴定紫茎泽兰内生炭疽菌和使邻近作物致病的炭疽菌，联合多片段和微卫星位点分析优势物种的遗传多样性，结合致病力检测数据，揭示紫茎泽兰内生炭疽菌中抑制本地植物生长的优势物种及主要基因型，并从入侵时间、寄主类型、地理格局等方面阐述驱动优势种群发生群体分化的主要因素，探讨优势种对紫茎泽兰入侵的影响，为进一步解析入侵植物积累当地病菌机制奠定基础，本研究也可为预防炭疽病菌传播提供理论支撑。

紫茎泽兰是危害最为严重的外来入侵植物之一，其入侵机制还不清楚，探索紫茎泽兰植株内是否会累积本地植物的病原菌，导致本地植物致病，从而增强自身的入侵能力具有重要科学意义。. 本项目根据紫茎泽兰在云南的入侵路线，采集入侵时间分别为40年代、50年代、60年代和70年代的紫茎泽兰健康叶片或有病斑的叶片，同时采集周边的本地植物，分离其中的内生真菌，根据ITS将真菌鉴定到属，然后根据甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)基因选出炭疽菌属代表菌株，最后联合8个位点(ACT, CAL, CHS-1, GAPDH, GS, HIS3, ITS, TUB2)进行系统发育分析。结合形态特征，鉴定出已知种18个，新种14个。每个样点都有炭疽菌分布，入侵时间长的样点炭疽菌物种多样性也更为丰富，优势种、稀有种、新种的分离频率更高，表明紫茎泽兰是炭疽菌物种富集和分化的一个重要场所。为了比较环境、宿主和地理分布对炭疽菌物种分布和分化的影响，我们也进行了多种水生植物内生炭疽菌多样性调查。从66株分离自水生植物的炭疽菌中，鉴定出11个新种，新种的出现频率高于紫茎泽兰内生炭疽菌。紫茎泽兰内生菌中的新种集中在胶孢炭疽菌复合种（C. gloeosporioides species complex）中，水生植物内生菌的新种出现在多个复合种中，推测在环境相同的情况下，宿主及地理分布也是促进物种分化的一个重要因素。. 紫茎泽兰内生的炭疽菌优势种为胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides），主要包括两种单倍型，相同单倍型的胶孢炭疽菌在周边的本地植物等组织中也有分布，说明紫茎泽兰富集本地病原微生物来增加其竞争优势。. 对胶孢炭疽菌的致病性测试结果表明，来自紫茎泽兰健康叶片的菌株导致水果呈现不同程度的致病力。用拟南芥测试炭疽菌的促生效果，发现有少数菌株呈现较强的促生能力，对关键时间点拟南芥转录组数据分析的结果表明，差异表达基因显著富集在核糖体合成、多种氨基酸的合成代谢，嘌呤代谢、类黄酮等化合物的合成等过程中，表明促生菌通过加强这些基因的表达，促进植物生长。