| 成果简介： |
稻瘟病菌是全球十大病原真菌之一，除侵染水稻外，还可侵染小麦等50多种禾本科植物。近年来，其种内微进化导致小麦瘟致病型出现，在南美、非洲、孟加拉国等地大暴发，造成40~100%的产量损失，严重威胁作物生产和粮食安全。针对“病原菌微进化驱动作物抗性失效”这一国际前沿科学问题，项目组在3个国家级项目资助下，结合群体遗传学、生物信息学、基因组学、关键致病基因结构变异及致病表型组学方法，开展了长达27年的系统研究，取得以下成果：
1. 基于云南（稻瘟病菌起源中心及水稻多样性分化中心）不同稻区的1000余份菌株资源，通过“基因型-单倍型-致病表型”关联分析，首次系统解析了5个关键无毒基因在稻瘟病菌起源中心的分子进化规律及功能失效机制。（1）分别鉴定出AVR-Pita1、AVR-Pia、AVR-Pii、AVR-Pik/km/kp/kh和AVR-Pizt等5个关键无毒基因的祖先单倍型及其进化衍生的13、0、2、5、9个新单倍型（分别占已报道单倍型的23.2%、0%、66.7%、50.0%、55.0%）；从中鉴定出毒力增强的有毒单倍型15个；构建了这5个无毒基因的单倍型进化网络。（2）首次报道AVR-Pita1（D55N）、AVR-Pii（H49Y）、AVR-Pik/km/kp（M78K）三个核心氨基酸位点的突变是突破水稻Pita1、Pii、Pik抗性基因介导的抗性、导致品种抗性“丧失”的关键机制。（3）创新性发现AVR-Pizt基因存在反转座子插入、移码突变、非AUG起始翻译延伸等新型变异形式，其中前两者导致无毒功能丧失；在AVR-Pik位点中鉴定出新无毒基因AVR-Pikh及毒力增强单倍型H02、H03；系统解析了AVR-Pik位点的阶梯式进化关系及其伴随毒性增强的新变异。（4）探明了多个无毒基因变异的地理分布模式；明确了Pikh等5个抗病基因在粳稻区的核心利用价值，为精准利用其进行抗病育种提供了重要的理论依据与实践指导。
2. 系统解析了5种不同寄主来源稻瘟病菌在基因组水平上的组成特征：首次发现，与水稻稻瘟病菌群体相比，远源菌株基因组存在多种显著变异形式，包括大片段的缺失、高频InDel事件以及基因家族收缩（减少147个基因家族）等重要特征。率先完成稻瘟病菌香蕉致病型的基因组测序与序列登记，成功向GenBank提交了8个菌株的基因组序列数据。
3. 首创性建立了稻瘟病菌种内微进化的高效检测技术体系：基于种内变异驱动致病表型变异的基因组微进化精细解析，通过比较基因组学方法，精准鉴定出小麦致病型基因组中的关键特异基因；在此基础上，创新性开发了基于Cas12a的田间适用型核酸快速检测技术。该技术可在30分钟内完成小麦致病型的高精准鉴定，灵敏度高达0.001μg/μL DNA，为小麦稻瘟病的早期预警和精准防控提供了高效、精准的技术支撑。
经第三方评价，研究成果达国际先进水平。在Engineering、BMC Plant Biology等期刊发表论文19篇，总引368次，获授权发明专利1项，出版学术专著1部。国际权威学者对该研究给予高度评价：美国国家科学院、英国皇家学会、欧洲分子生物学组织（EMBO）三院院士Jonathan D. G. Jones教授在Plant Cell（2022）中引用本研究，认为“提供了AVR-Pik与Pik特异识别及其阶梯式进化模式的直接证据”；发展中国家科学院院士、孟加拉国家科学院院士Tofazzal Islam教授在Trends in Biotechnology（2023）发表专文评述，认为该研究“革新了植物-病原菌互作机制研究范式与田间诊断技术体系”。 |
