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      復(fù)雜因素可以驅(qū)動植物病原體的出現(xiàn)和進化
      
			
      
				2019-03-18 10:48:16
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      對于我們中的許多人來說，西葫蘆和黃瓜的豐收讓人想起夏天炎熱的日子，而南瓜和葫蘆在整個秋季裝飾我們的假日餐桌。然而，這些標(biāo)志性的水果和蔬菜 - 統(tǒng)稱為葫蘆科植物 - 也可以幫助我們了解對作物構(gòu)成重大風(fēng)險的植物病害的傳播。
      

      復(fù)雜因素可以驅(qū)動植物病原體的出現(xiàn)和進化
      

      我最近領(lǐng)導(dǎo)了一項研究，該研究使用來自兩個屬于葫蘆科植物 - 西葫蘆，南瓜和南瓜的密切相關(guān)植物的作物物種，它們都屬于同一屬(南瓜屬)并且原產(chǎn)于美洲，以及黃瓜和甜瓜，屬于屬于歐亞血統(tǒng)的屬(Cucumis)。我使用這些密切相關(guān)的，原生的和引進的葫蘆科作物植物作為模型系統(tǒng)來了解植物病原體的出現(xiàn)方式和原因。
      

      在這項研究中，我從美國東部的這兩個寄主植物屬中收集了88個歐文氏菌(Erwinia tracheiphila)樣本，并測序了它們的整個基因組。E. tracheiphila是一種導(dǎo)致這些葫蘆科植物細菌枯萎病的病原體，每年造成數(shù)千萬美元的農(nóng)作物損失和預(yù)防成本。然而，缺乏關(guān)于這種病原體的基本知識意味著農(nóng)民可用的控制方法很少。
      

      E. tracheiphila的基因組就像弗蘭肯斯坦的怪物 - 將來自不同來源的許多不同基因和DNA拼湊在一起，這表明它最近經(jīng)歷了戲劇性的變化。88種不同樣品的基因組之間也存在很少的遺傳差異。從這些基因組數(shù)據(jù)中，我確定E. tracheiphila最近才進化為病原體。
      

      我和我的同事也發(fā)現(xiàn)了三種不同的細菌譜系。令人驚訝的是，我們還發(fā)現(xiàn)黃瓜是唯一對三種譜系敏感的宿主植物，也是最易感染的宿主植物物種。這是值得注意的，因為雖然南瓜和西葫蘆原產(chǎn)于北美東部并且已經(jīng)存在于美洲各地數(shù)百萬年，但是在1500年歐洲殖民化之后，黃瓜和甜瓜才被引入北美。這有力地表明，引進外來作物，隨后在北美東部廣泛種植，無意中引起了一種新的，非常具有破壞性的植物病原體的出現(xiàn)。
      

      我們的研究結(jié)果強烈表明，葫蘆科植物 - 尤其是引入黃瓜 - 的方式是在密集的單一栽培中種植，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?，所有這些都有助于創(chuàng)造一種新的生態(tài)位，這種新的細菌病原體就會出現(xiàn)在這里。
      

      這種情況為我們提供了一個令人興奮的機會：由于溫帶東部美國是世界上唯一發(fā)生這種病原體的地方，我們可以通過細菌病原體基因組序列中的信息進行剖析 - 為什么當(dāng)?shù)貧夂蚝娃r(nóng)業(yè)實踐驅(qū)動這種農(nóng)業(yè)病原體的出現(xiàn)，持續(xù)和演變。
      

      這可能會給我們提供重要的見解，因為更現(xiàn)代的北美單一栽培實踐似乎是這種特定植物病害爆發(fā)的重要因素。單一栽培是指相同寄主植物物種的大量種群的強烈生長，而不是在同一田地中種植多種作物，例如古代墨西哥milpa混養(yǎng)栽培系統(tǒng)的情況。
      

      以這可能更為常見的歷史術(shù)語來說，E。tracheiphila與黑瘟病病原體鼠疫耶爾森氏菌(Yersinia pestis)有著顯著的相似之處，它在中世紀(jì)殺死了歐洲一半的人口。無論E. tracheiphila和鼠疫桿菌表現(xiàn)出它們的基因組類似的戲劇性的變化。這些變化使得兩種病原體都能夠出現(xiàn)在大的，密集的，遺傳相似的宿主種群中 - 在鼠疫病菌的情況下是人類，在嗜水氣單胞菌的情況下是葫蘆科。
      

      最近出現(xiàn)的E. tracheiphila是一個景觀層面的問題，不能由個體農(nóng)民解決。我們的研究表明，我們的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實踐 - 雖然產(chǎn)生難以想象的高產(chǎn)量 - 也對微生物病原體具有意想不到的敏感性。這個結(jié)果應(yīng)該讓我們停下來，并激勵我們更加思考如何從結(jié)構(gòu)上保護我們的農(nóng)業(yè)系統(tǒng) - 在景觀層面 - 來自未來的E. tracheiphila等病原體。
      
			

			
        
      
			
      
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